JP4250530B2 - Method and system for phase shift interference analysis - Google Patents

Description

本発明は干渉分析に関し、更に詳細には、位相シフト干渉分析に関する。   The present invention relates to interference analysis, and more particularly to phase shift interference analysis.

本出願は、２０００年８月８日出願の「Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」と題された米国仮出願第６０／２２３，８０３号の優先権を主張する２００１年７月３１日出願の「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」と題された米国出願第０９／９１９，５１１号明細書の一部継続出願である。   This application is entitled “Frequency Transform” filed on July 31, 2001, claiming priority of US Provisional Application No. 60 / 223,803, entitled “Fourier Transform Phase Shifting Interferometry”, filed Aug. 8, 2000. This is a continuation-in-part of US application Ser. No. 09 / 919,511 entitled “Phase Shifting Interferometry”.

本出願は、本願明細書に援用する２００１年１２月１０日出願の「Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」と題された米国仮出願第６０／３３９，２１４号の優先権も主張する。   This application also claims the priority of US Provisional Application No. 60 / 339,214 entitled “Frequency Transform Phase Shifting Interferometry” filed on Dec. 10, 2001, which is incorporated herein by reference.

干渉分析の光学的技術は、リソグラフィ用フォトマスクに使用されるガラス基板などの精密光学部品の光学的な厚さ、平坦度、及び他の幾何学的形状、ならびに屈折率の特性を測定するために広範に使用されている。   Interferometric optical techniques are used to measure the optical thickness, flatness, and other geometric shapes, and refractive index properties of precision optical components such as glass substrates used in lithographic photomasks. Widely used.

例えば、測定表面の表面プロファイルを測定するために、干渉計を使用して、測定表面から反射された測定波面を基準表面から反射された基準波面と合成して光学干渉パターンを形成することが可能である。光学干渉パターンの強度プロファイルの空間的変化は、合成された測定波面と基準波面との間の位相差に対応し、その位相差は基準表面に対する測定表面のプロファイルの変化により引き起こされる。位相シフト干渉分析（ＰＳＩ）は、位相差及び対応する測定表面のプロファイルを正確に決定するために使用可能である。   For example, to measure the surface profile of a measurement surface, an interferometer can be used to combine the measurement wavefront reflected from the measurement surface with the reference wavefront reflected from the reference surface to form an optical interference pattern It is. The spatial change in the intensity profile of the optical interference pattern corresponds to the phase difference between the synthesized measurement wavefront and the reference wavefront, which is caused by a change in the profile of the measurement surface relative to the reference surface. Phase shift interference analysis (PSI) can be used to accurately determine the phase difference and corresponding measurement surface profile.

ＰＳＩを使用すれば、基準波面と測定波面との間の複数の位相シフトの各々について光学干渉パターンが記録され、光学干渉の少なくとも１サイクル全体（例えば、強め合い干渉から、弱め合い干渉に、そして、強め合い干渉に戻る）にわたる一連の光学干渉パターンが生成される。光学干渉パターンは、パターンの各空間的位置についての一連の強度値を形成し、各一連の強度値は、位相シフトに対して正弦的な依存を有し、位相のずれは、その空間的位置についての合成された測定波面と基準波面との間の位相差に等しい。当技術分野で公知の数値技術を使用すると、各空間的位置についての位相のずれは、強度値の正弦的依存から抽出され、基準表面に対する測定表面のプロファイルが提供される。このような数値技術は一般に位相シフトアルゴリズムと呼ばれる。   Using PSI, an optical interference pattern is recorded for each of a plurality of phase shifts between the reference wavefront and the measurement wavefront, and at least one entire cycle of optical interference (eg, from constructive interference to destructive interference, and , Returning to constructive interference). The optical interference pattern forms a series of intensity values for each spatial position of the pattern, each series of intensity values having a sinusoidal dependence on the phase shift, and the phase shift is its spatial position. Is equal to the phase difference between the synthesized measurement wavefront and the reference wavefront. Using numerical techniques known in the art, the phase shift for each spatial location is extracted from the sinusoidal dependence of the intensity value to provide a measurement surface profile relative to the reference surface. Such numerical techniques are generally called phase shift algorithms.

ＰＳＩにおける位相シフトは、基準表面から干渉計への光路長に対する測定表面から干渉計への光路長を変化させることにより、生成可能である。例えば、基準表面は測定表面に対して移動可能である。代わりに、位相シフトは、測定波面及び基準波面の波長を変化させることにより、一定の非ゼロ光路差に対して導入可能である。後者の適用例は、波長調整ＰＳＩとして知られ、例えばジー．イー．ソマーグレン（Ｇ．Ｅ．Ｓｏｍｍａｒｇｒｅｎ）の米国特許第４，５９４，００３号明細書に説明されている。   A phase shift in PSI can be generated by changing the optical path length from the measurement surface to the interferometer relative to the optical path length from the reference surface to the interferometer. For example, the reference surface can be moved relative to the measurement surface. Alternatively, a phase shift can be introduced for certain non-zero optical path differences by changing the wavelength of the measurement wavefront and the reference wavefront. The latter application is known as wavelength tuning PSI, e.g. E. This is described in US Pat. No. 4,594,003 to GE Somemargren.

本発明は、ＰＳＩデータが表面の複数の対により規定される干渉分析用のキャビティ内の表面の特定の対に各々が対応するスペクトル的に分離されたピークを生成する領域に変換される方法及びシステムを特徴とする。各ピークは、キャビティ内の表面の対応する対についての光路長及び表面反射率の情報を提供する。その結果、そのようなキャビティからの干渉分析のデータにより、複数の表面についての同時の情報が提供される。例えば、いずれの特定の表面についての情報も包括的に決定可能である。更に、本発明の実施形態は、情報が単一の測定から導出されるため、異なるプロファイルを有する表面間の３次元的関係の特徴が記憶される。更に、表面の単一の対により形成されるキャビティについてさえ、本発明の実施形態は、干渉が特定の周波数で発生することを必要としない。特に、情報は、隣接するデータ点間のプリセット位相間隔に対する必要性なしに決定可能であり、位相間隔は関心の対象となる特定のキャビティの長さと関連する。   The present invention relates to a method in which PSI data is converted into regions that produce spectrally separated peaks each corresponding to a particular pair of surfaces in a cavity for interference analysis defined by multiple pairs of surfaces. Features the system. Each peak provides optical path length and surface reflectance information for a corresponding pair of surfaces in the cavity. As a result, interference analysis data from such cavities provides simultaneous information about multiple surfaces. For example, information about any particular surface can be comprehensively determined. Furthermore, embodiments of the present invention store the characteristics of a three-dimensional relationship between surfaces having different profiles because the information is derived from a single measurement. Furthermore, even for cavities formed by a single pair of surfaces, embodiments of the present invention do not require interference to occur at a particular frequency. In particular, the information can be determined without the need for a preset phase spacing between adjacent data points, where the phase spacing is related to the length of the particular cavity of interest.

スペクトル的に分離されたピークを生成するために、干渉信号は、異なる周波数の異なる光路長のキャビティからのものを変調するいずれかの方法を使用して位相シフト可能である。例えば、波長調整されたＰＳＩデータは、このような結果を作り出す。なぜなら、光周波数の変化は光路長（ＯＰＬ）に比例する干渉位相の対応する変化を誘導するからである。同様に、例えば、干渉信号は、キャビティを照らす光ビームの傾斜角を変化させることにより位相シフト可能である。   In order to produce spectrally separated peaks, the interfering signal can be phase shifted using any method that modulates from cavities of different optical path lengths at different frequencies. For example, wavelength tuned PSI data produces such a result. This is because a change in optical frequency induces a corresponding change in interference phase that is proportional to the optical path length (OPL). Similarly, for example, the interference signal can be phase shifted by changing the tilt angle of the light beam that illuminates the cavity.

位相シフトが実質的に時間において線形である実施形態において、変換は、干渉信号を、時間領域から周波数領域に変換する周波数変換（例えば、フーリエ変換）であってもよい。このような場合、変換領域における各周波数は特定のＯＰＬに対応する。他の実施形態において、干渉信号はＯＰＬ領域に変換される。このような変換は位相シフト成分（例えば、波長調整された光源の調整特性）を較正すること、及び、位相シフトにおけるいかなる非線形性についても周波数変換を補償することにより達成可能である。代わりに、位相シフトは、例えば（後にＯＰＬ変換と呼ぶ）干渉信号のＯＰＬ領域への直接変換を可能にするための基準キャビティを使用して、リアルタイムにモニタ可能である。   In embodiments where the phase shift is substantially linear in time, the transform may be a frequency transform (eg, a Fourier transform) that transforms the interference signal from the time domain to the frequency domain. In such a case, each frequency in the transform domain corresponds to a specific OPL. In other embodiments, the interference signal is converted to the OPL domain. Such a conversion can be achieved by calibrating the phase shift component (eg, the tuning characteristics of the wavelength tuned light source) and compensating the frequency conversion for any nonlinearity in the phase shift. Instead, the phase shift can be monitored in real time, for example using a reference cavity to allow direct conversion of interference signals (hereinafter referred to as OPL conversion) to the OPL region.

単一及び複数の表面プロファイルを決定することに加えて、光学的な厚さ、物理的な厚さ、及び均一性（すなわち、屈折率の変化）を決定するために、複数の表面対についての情報を使用する本発明の実施形態が開示される。更に、本技術は曲面、精密キャビティ、プリズム、くさび、及び多部品光学組立体、ならびに、内角、界面、及びこのような構造中の欠陥などの複合光学部品を測定するために使用可能である。   In addition to determining single and multiple surface profiles, to determine optical thickness, physical thickness, and uniformity (ie, refractive index change) for multiple surface pairs Embodiments of the invention that use information are disclosed. In addition, the technology can be used to measure curved surfaces, precision cavities, prisms, wedges, and multi-component optical assemblies, as well as composite optical components such as interior angles, interfaces, and defects in such structures.

全体として、一つの態様において、本発明は、ｉ）複数の表面から反射される光学波面の異なる部分を合成することにより光学干渉画像を形成すること、ｉｉ）異なる光路分離を有する複数の表面の対が干渉信号に異なる影響を生じさせる光学波面の特性の変化に応じて、光学干渉画像の異なる位置における干渉信号を記録すること、ｉｉｉ）少なくとも一つの位置の干渉信号を変換して、複数の表面の各対に対応するスペクトル座標においてピークを有するスペクトルを生成すること、及びｉｖ）複数の表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標を認識することを含む干渉分析の方法を特徴とする。   Overall, in one embodiment, the present invention includes: i) forming an optical interference image by combining different portions of the optical wavefront reflected from a plurality of surfaces; ii) for a plurality of surfaces having different optical path separations. Recording interference signals at different positions in the optical interference image in response to changes in the properties of the optical wavefront that cause the pair to have different effects on the interference signals, iii) converting the interference signals at at least one position to A method of interference analysis comprising generating a spectrum having peaks at spectral coordinates corresponding to each pair of surfaces, and iv) recognizing the spectral coordinates of the peaks corresponding to a selected pair of surfaces. To do.

方法の実施形態は以下の特徴のいずれかを含み得る。
複数の表面は、少なくとも一つの基準表面及び試験物体の少なくとも一つの表面を含み得る。同じく、例えば、選択された表面は光学部品又は光学組立体の複数の表面を含み得る。更に、ある実施形態において、選択された表面の一つから反射された波面の一部は光学部品の内部表面からの反射を介してその表面に指向される。同様に、他の実施形態において、選択された表面の一つから反射された波面の一部は、光学組立体の２つの部品間の界面からの反射を介してその表面に指向される。 Method embodiments may include any of the following features.
The plurality of surfaces may include at least one reference surface and at least one surface of the test object. Similarly, for example, the selected surface may include multiple surfaces of an optical component or optical assembly. Further, in certain embodiments, a portion of the wavefront reflected from one of the selected surfaces is directed to that surface via reflection from the inner surface of the optical component. Similarly, in other embodiments, a portion of the wavefront reflected from one of the selected surfaces is directed to that surface via reflection from the interface between the two parts of the optical assembly.

方法は、各位置について、表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標における干渉信号のスペクトル位相を抽出することを更に含み得る。ある実施形態において、各位置についての干渉信号のスペクトル位相を抽出することは、表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標に関して、残りの位置の各々についての干渉信号を変換することを含む。他の実施形態において、各位置についての干渉信号のスペクトル位相を抽出することは、残りの位置の各々についての干渉信号を変換し、表面の選択された対に対応するピークを有する対応スペクトルを生成することを含む。   The method may further include, for each position, extracting the spectral phase of the interference signal in the spectral coordinates of the peak corresponding to the selected pair of surfaces. In certain embodiments, extracting the spectral phase of the interference signal for each position includes transforming the interference signal for each of the remaining positions with respect to the spectral coordinates of the peak corresponding to the selected pair of surfaces. . In other embodiments, extracting the spectral phase of the interference signal for each position transforms the interference signal for each of the remaining positions and generates a corresponding spectrum having peaks corresponding to the selected pair of surfaces. Including doing.

方法は、光学干渉画像の複数の位置についての抽出位相における変化に基づいて、表面の選択された対の間の光路距離の変化を決定することを更に含み得る。更に、方法は、決定された変化に基づき、選択された対の表面の一つの表面プロファイルを計算すること、決定された変化に基づき、選択された対の表面の間の光学的厚さプロファイルを計算すること、決定された変化に基づき、選択された対の表面の間の物理的厚さプロファイルを計算すること、及び／又は決定された変化に基づき、選択された対の表面の間の均一性プロファイルを計算することを更に含み得る。   The method may further include determining a change in optical path distance between the selected pair of surfaces based on changes in the extraction phase for multiple positions of the optical interference image. Further, the method calculates one surface profile of the selected pair of surfaces based on the determined change, and calculates an optical thickness profile between the selected pair of surfaces based on the determined change. Calculating, calculating a physical thickness profile between the selected pair of surfaces based on the determined change, and / or uniforming between the selected pair of surfaces based on the determined change It may further include calculating a sex profile.

干渉信号は、光学波面の光周波数を変化させることに応じて、光学干渉画像の異なる位置において記録可能である。
代わりに、干渉信号は、光学波面の伝播方向（例えば、傾斜角）を変化させることに応じて、光学干渉画像の異なる位置において記録可能である。例えば、光学波面の伝播方向の変化は、光学波面を生成するために使用される発光源点の位置を変化させることを含み得る。更に、光学波面の伝播の変化は、光学波面を生成するために使用される環状光源の直径を変化させることを含み得る。 The interference signal can be recorded at different positions in the optical interference image in response to changing the optical frequency of the optical wavefront.
Instead, the interference signal can be recorded at different positions in the optical interference image in response to changing the propagation direction (eg, tilt angle) of the optical wavefront. For example, changing the propagation direction of the optical wavefront may include changing the position of the light source point used to generate the optical wavefront. Further, changing the propagation of the optical wavefront can include changing the diameter of the annular light source used to generate the optical wavefront.

スペクトルは、時間領域から周波数領域に干渉信号を変換することにより生成可能である。代わりに、スペクトルは干渉信号を光路差（ＯＰＤ）領域に変換することにより生成可能である。   The spectrum can be generated by transforming the interference signal from the time domain to the frequency domain. Alternatively, the spectrum can be generated by converting the interference signal to an optical path difference (OPD) domain.

方法は、光学波面の付加の部分に応じて生成される基準キャビティからの基準位相をモニタすることを更に含み得る。例えば、スペクトルはモニタされた基準位相に基づき、干渉信号を光路差領域（ＯＰＤ）に変換することにより生成可能である。そのような実施形態において、スペクトルＳはＳ（Ｄ）＝｜ＯＰＬＴ（Ｄ）｜²に対応可能であり、ここで、Ｄは光路差に対する変数、ＯＰＬＴ（Ｄ）は以下のように表し得るＯＰＤ変換である。 The method may further include monitoring a reference phase from a reference cavity that is generated in response to an additional portion of the optical wavefront. For example, the spectrum can be generated by converting the interference signal to an optical path difference region (OPD) based on the monitored reference phase. In such an embodiment, the spectrum S can correspond to S (D) = | OPLT (D) | ² , where D is a variable for the optical path difference and OPLT (D) can be expressed as: It is a conversion.

ここで、光学波面特性の変化に対してＮ個の漸増分があり、ｊはＮ個の漸増分に対する指数、Ｉ_jは漸増分ｊにおける干渉信号、Ｗ_jは漸増分ｊにおける重み付け関数に対する値であり、Ｄ_Mは基準キャビティの光路長に対応し、φ_Mjは漸増分ｊにおけるモニタされた基準位相であり、Δφ_Mjは漸増分ｊに対応するモニタされた基準位相における漸増分である。ある実施形態において、重み付け関数は使用されず、例えば、Ｗ_j＝１である。方法は、対応するピークのＯＰＤ座標からの表面の選択された対の間での光路差を決定することを更に含み得る。このＯＰＤの決定は一つ又は複数の位置に対して行い得る。方法は、各位置について、表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標における干渉信号のスペクトル位相を抽出することも含み得て、抽出された位相φτは、φτ（Ｄτ）＝ａｒｇ［ＯＰＬＴ（Ｄτ）］から計算可能であり、ここで、Ｄτはピークのスペクトル座標である。

Here, there are N gradual increments for changes in optical wavefront characteristics, j is an index for N gradual increments, I _j is an interference signal at gradual increment j, and W _j is a value for the weighting function at gradual increment j. D _M corresponds to the optical path length of the reference cavity, φ _Mj is the monitored reference phase at gradual increment j, and Δφ _Mj is the gradual increment at the monitored reference phase corresponding to gradual increment j. In some embodiments, no weighting function is used, for example, W _j = 1. The method may further include determining an optical path difference between the selected pair of surfaces from the corresponding peak OPD coordinates. This OPD determination may be made for one or more locations. The method may also include, for each position, extracting the spectral phase of the interference signal in the spectral coordinates of the peak corresponding to the selected pair of surfaces, where the extracted phase φτ is φτ (Dτ) = arg [OPLT (Dτ)], where Dτ is the spectral coordinates of the peak.

干渉信号を記録することは、波面の特性の変化及び強度変化についての干渉信号の補償の間に、光学波面の強度変化をモニタすることを更に含み得る。
方法は、スペクトルのピークの少なくともいくつかの振幅に基づいて、表面の選択された対の少なくとも一つの表面反射率についての情報を計算することを更に含み得る。 Recording the interference signal may further include monitoring the intensity change of the optical wavefront during compensation of the interference signal for changes in the characteristics of the wavefront and intensity changes.
The method may further include calculating information about at least one surface reflectance of the selected pair of surfaces based on at least some amplitudes of the spectral peaks.

表面の選択された対は精密キャビティの表面であってよい。例えば、精密キャビティの表面は約７０％を超える反射率を有し得る。
方法は、複数の位置の各々におけるスペクトルに基づき、選択された表面の対の間に欠陥が存在するかどうかを決定することを更に含み得る。欠陥の存在は、複数の位置の少なくとも一つにおけるスペクトルの更に多くのピークに対応可能である。例えば、表面の選択された対は、光学部品の前面及び背面であってよく、欠陥は光学部品内の気泡又は光学部品内の不純物であってよい。 The selected pair of surfaces may be a precision cavity surface. For example, the surface of a precision cavity can have a reflectivity greater than about 70%.
The method may further include determining whether a defect exists between the selected pair of surfaces based on the spectrum at each of the plurality of locations. The presence of defects can correspond to more peaks in the spectrum at at least one of the plurality of positions. For example, the selected pair of surfaces may be the front and back of the optical component, and the defect may be a bubble in the optical component or an impurity in the optical component.

方法は、複数の表面の第２の選択された対に対応するピークのスペクトル座標を認識することを更に含み得る。更に、方法は、各位置について、第１の選択された表面の対に対応するピークの座標及び第２の選択された表面の対に対応するピークの座標における干渉信号のスペクトル位相を抽出することを更に含み得る。例えば、選択された表面は光学部品（例えば、プリズム）の複数の表面を含み得る。同様に、例えば、選択された表面は光学組立体の複数の表面を含み得て、複数の表面の一つは光学組立体の２つの部品の間の界面である。   The method may further include recognizing the spectral coordinates of the peak corresponding to the second selected pair of surfaces. In addition, the method extracts, for each location, the spectral phase of the interference signal at the coordinates of the peak corresponding to the first selected surface pair and the coordinate of the peak corresponding to the second selected surface pair. May further be included. For example, the selected surface can include multiple surfaces of an optical component (eg, a prism). Similarly, for example, the selected surface can include multiple surfaces of the optical assembly, one of the multiple surfaces being an interface between two parts of the optical assembly.

さらなる実施形態において、表面の選択された対は第１の基準表面、光学部品の第１の表面、及び、第２の基準表面を含み得て、波面部分の一つは光学部品の少なくとも一つの内部表面からの反射を介して第２の基準表面に指向される。このような場合、方法は、抽出された位相に基づき、光学部品の第１の表面に対して、光学部品の内部表面の角配向を決定することを更に含み得る。同様に、方法は、抽出された位相に基づき、光学部品の内部角を決定することを更に含み得て、少なくとも一つの内部表面は内部角を規定する２つの内部表面を含む。例えば、光学部品はプリズム（例えば、直角プリズム）であってもよい。ある実施形態において、直角プリズムは公称の直角を規定する２つの内部表面を有し、少なくとも一つの内部表面は公称の直角を規定する２つの内部表面を含み、光学部品の第１の表面は直角プリズムの前面である。他の実施形態において、直角プリズムは公称の直角を規定する２つの表面を有し、少なくとも一つの内部表面は公称の直角を規定する２つの表面を接続する斜辺表面であり、光学部品の第１の表面は公称の直角を規定する２つの表面の一つである。   In a further embodiment, the selected pair of surfaces can include a first reference surface, a first surface of the optical component, and a second reference surface, wherein one of the wavefront portions is at least one of the optical component. Directed to the second reference surface via reflection from the internal surface. In such a case, the method may further include determining an angular orientation of the inner surface of the optical component relative to the first surface of the optical component based on the extracted phase. Similarly, the method can further include determining an internal angle of the optical component based on the extracted phase, wherein the at least one internal surface includes two internal surfaces that define the internal angle. For example, the optical component may be a prism (for example, a right-angle prism). In certain embodiments, the right angle prism has two internal surfaces that define a nominal right angle, at least one internal surface includes two internal surfaces that define a nominal right angle, and the first surface of the optical component is a right angle. It is the front of the prism. In other embodiments, the right angle prism has two surfaces defining a nominal right angle, and at least one internal surface is a hypotenuse surface connecting the two surfaces defining a nominal right angle, and the first of the optical component The surface is one of two surfaces defining a nominal right angle.

他の態様において、本発明は、光学組立体を構成するために第１の光学部品を第２の光学部品に装着すること、上記した干渉分析の方法を使用して光学組立体を干渉分析的に特性付けること、及び、干渉分析的特性付けに基づき、第２の光学部品に対して第１の光学部品を据えることを含む光学組立体を構成する方法を特徴とする。   In another aspect, the present invention provides for mounting the first optical component to the second optical component to construct the optical assembly, making the optical assembly interferometric using the method of interference analysis described above. And a method of constructing an optical assembly that includes locating the first optical component relative to the second optical component based on the interferometric characterization.

全体として、他の態様において、本発明は、光学部品における欠陥の存在を決定するための方法を特徴とする。方法は、ｉ）複数の表面が光学部品の少なくとも一つの表面を含み、複数の表面から反射される光学波面の異なる部分を合成することにより光学干渉画像を形成すること、ｉｉ）異なる光路分離を有する複数の表面の対が干渉信号に異なる影響を生じさせる光学波面の特性の変化に応じて、光学干渉画像の異なる位置における干渉信号を記録すること、ｉｉｉ）少なくとも一つの位置の干渉信号を変換して、複数の表面の各対に対応してスペクトル座標においてピークを有するスペクトルを生成すること、及びｉｖ）スペクトルに基づき光学部品に欠陥が存在するかどうかを決定することであって、欠陥が、少なくとも一つの位置について、スペクトルにおける異常なピークに対応することを含む。例えば、欠陥は光学部品内の気泡、光学部品内の不純物、及び／又は、光学部品の２つの下位部品間の不完全な結合の領域を含み得る。   Overall, in another aspect, the invention features a method for determining the presence of a defect in an optical component. The method includes i) forming at least one surface of the optical component and forming an optical interference image by combining different portions of the optical wavefront reflected from the plurality of surfaces; ii) different optical path separations. Recording interference signals at different positions in the optical interference image in response to changes in the properties of the optical wavefront that cause the interference pairs to have different effects on the pair of surfaces, iii) converting the interference signal at at least one position Generating a spectrum having a peak in spectral coordinates corresponding to each pair of surfaces, and iv) determining whether a defect is present in the optical component based on the spectrum, wherein the defect is , For at least one position, corresponding to an abnormal peak in the spectrum. For example, defects can include bubbles in the optical component, impurities in the optical component, and / or areas of incomplete bonding between two subcomponents of the optical component.

全体として、他の態様において、本発明は、ｉ）その光源から導出される光学波面の特性を変化させるように構成された変調部品を含む光源、ｉｉ）動作中、光学波面の異なる部分を複数の表面に指向し、光学干渉画像を形成するために異なる部分を再編成する干渉計、ｉｉｉ）変調部品による光学波面特性の変化に応じて、光学干渉画像の異なる位置における干渉信号を記録するための複数の基本光検出器であって、波面特性の変化により異なる光路分離を有する複数の表面の対が干渉信号に異なる影響を生じさせる検出器、及び、ｉｖ）光源及び光検出器に接続され、動作中に、少なくとも一つの位置の干渉信号を変換し、複数の表面の各対に対応してスペクトル座標においてピークを有するスペクトルを生成し、かつ、複数の表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標を認識する電子制御装置を含むシステムを特徴とする。   Overall, in another aspect, the present invention provides: i) a light source that includes a modulation component configured to change the properties of an optical wavefront derived from the light source; ii) during operation, a plurality of different portions of the optical wavefront. An interferometer that is directed to the surface of the light and reorganizes different parts to form an optical interference image, iii) to record interference signals at different positions of the optical interference image in response to changes in optical wavefront characteristics due to the modulation component A plurality of basic photodetectors, wherein a pair of surfaces having different optical path separations due to changes in wavefront characteristics causes different influences on the interference signal; and iv) connected to the light source and the photodetector During operation, the interference signal at at least one position is transformed to generate a spectrum having a peak in spectral coordinates corresponding to each pair of surfaces, and selecting a plurality of surfaces. It features a system that includes a recognizing electronic controller spectral coordinate of the peak corresponding to the pair that is.

本システムの実施形態は、以下の特徴のいずれかを含み得る。
干渉計は少なくとも一つの基準表面を含み得て、複数の表面は少なくとも一つの基準表面及び試験物体（例えば、光学部品又は組立体）の少なくとも一つの表面を含む。 Embodiments of the system can include any of the following features.
The interferometer can include at least one reference surface, and the plurality of surfaces includes at least one reference surface and at least one surface of a test object (eg, an optical component or assembly).

電子制御装置は、異なる位置の各々についての表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標における干渉信号のスペクトル位相を抽出可能である。例えば、制御装置は、残りの位置の各々についての干渉信号を変換し、表面の選択された対に対応するピークを有する対応スペクトルを生成することにより、各位置についての干渉信号のスペクトル位相を抽出可能である。代わりに、例えば、制御装置は、表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標に関して残りの位置の各々についての干渉信号を変換することにより、各位置についての干渉信号のスペクトル位相を抽出可能である。同様に、制御装置は、光学干渉画像の複数の位置についての抽出位相の変化に基づき、表面の選択された対間の光路距離の変化を更に決定可能である。   The electronic controller can extract the spectral phase of the interference signal at the spectral coordinates of the peak corresponding to the selected pair of surfaces for each of the different locations. For example, the controller extracts the spectral phase of the interference signal for each position by transforming the interference signal for each of the remaining positions and generating a corresponding spectrum with peaks corresponding to the selected pair of surfaces. Is possible. Instead, for example, the controller can extract the spectral phase of the interference signal for each position by transforming the interference signal for each of the remaining positions with respect to the spectral coordinates of the peak corresponding to the selected pair of surfaces. It is. Similarly, the controller can further determine changes in the optical path distance between selected pairs of surfaces based on changes in the extracted phase for multiple positions of the optical interference image.

光源は周波数調整可能な光源であってよく、変調部品は光源の出力周波数を変化させるドライバであってよく、変調部品により変化された波面の特性は波面の周波数であってよい。   The light source may be a frequency adjustable light source, the modulation component may be a driver that changes the output frequency of the light source, and the wavefront characteristic changed by the modulation component may be the wavefront frequency.

代わりに、変調部品は複数の表面に入射する波面の傾斜角を変化させるように構成可能であり、変調部品により変化された波面の特性は傾斜角であってよい。例えば、変調部品は、光源の発光源点の位置を変化させることにより傾斜角を変化させるように構成可能である。更に、光源は環状出力を生成するように構成可能であり、変調部品は環状出力の直径を変化させるように構成可能である。   Alternatively, the modulation component can be configured to change the tilt angle of the wavefront incident on the plurality of surfaces, and the characteristic of the wavefront changed by the modulation component can be the tilt angle. For example, the modulation component can be configured to change the tilt angle by changing the position of the light source point of the light source. Further, the light source can be configured to produce an annular output, and the modulation component can be configured to change the diameter of the annular output.

制御装置は、干渉信号を時間領域から周波数領域に変換することによりスペクトルを生成可能である。代わりに、制御装置は干渉信号を光路差（ＯＰＤ）領域に変換することによりスペクトルを生成する。   The control device can generate a spectrum by converting the interference signal from the time domain to the frequency domain. Instead, the controller generates a spectrum by converting the interference signal into an optical path difference (OPD) region.

干渉計は基準キャビティ、及び、光学波面の付加の部分に応じて生成される基準キャビティからの基準位相をモニタするための検出器を含み得る。このような実施形態において、制御装置は、モニタされた基準位相に基づき、干渉信号を光路差領域（ＯＰＤ）に変換することによりスペクトルを生成可能である。例えば、スペクトルＳはＳ（Ｄ）＝｜ＯＰＬＴ（Ｄ）｜²に対応可能であり、ここで、Ｄは光路差に対する変数、ＯＰＬＴ（Ｄ）は以下のように表し得るＯＰＤ変換である。 The interferometer may include a reference cavity and a detector for monitoring a reference phase from the reference cavity that is generated in response to an additional portion of the optical wavefront. In such an embodiment, the controller can generate a spectrum by converting the interference signal to an optical path difference region (OPD) based on the monitored reference phase. For example, the spectrum S can correspond to S (D) = | OPLT (D) | ² , where D is a variable for the optical path difference, and OPLT (D) is an OPD conversion that can be expressed as follows.

ここで、光学波面特性の変化に対してＮ個の漸増分があり、ｊはＮ個の漸増分に対する指数、Ｉ_jは漸増分ｊにおける干渉信号、Ｗ_jは漸増分ｊにおける重み付け関数に対する値であり、Ｄ_Mは基準キャビティの光路長に対応し、φ_Mjは漸増分ｊにおけるモニタされた基準位相であり、Δφ_Mjは漸増分ｊに対応するモニタされた基準位相における漸増分である。ある実施形態において、重み付け関数は使用されず、例えば、Ｗ_j＝１であることに注意されたい。制御装置は、対応するピークのＯＰＤ座標からの表面の選択された対の間での光路差を更に決定可能である。このＯＰＤの決定は一つ又は複数の位置に対して行い得る。制御装置は、各位置について、表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標における干渉信号のスペクトル位相も抽出可能であり、抽出された位相φτはφτ（Ｄτ）＝ａｒｇ［ＯＰＬＴ（Ｄτ）］から計算可能であり、ここで、Ｄτはピークのスペクトル座標である。

Here, there are N gradual increments for changes in optical wavefront characteristics, j is an index for N gradual increments, I _j is an interference signal at gradual increment j, and W _j is a value for the weighting function at gradual increment j. D _M corresponds to the optical path length of the reference cavity, φ _Mj is the monitored reference phase at gradual increment j, and Δφ _Mj is the gradual increment at the monitored reference phase corresponding to gradual increment j. Note that in some embodiments, no weighting function is used, eg, W _j = 1. The controller can further determine the optical path difference between the selected pair of surfaces from the corresponding peak OPD coordinates. This OPD determination may be made for one or more locations. The controller can also extract for each position the spectral phase of the interference signal at the spectral coordinates of the peak corresponding to the selected pair of surfaces, where the extracted phase φτ is φτ (Dτ) = arg [OPLT (Dτ) ] Where Dτ is the spectral coordinates of the peak.

制御装置は、波面特性の変化中、光学波面の強度変化をモニタ可能であり、強度変化についての干渉信号を補償する。
制御装置は、スペクトルのピークの少なくともいくつかの振幅に基づいて、表面の選択された対の少なくとも一つの表面反射率についての情報を計算可能である。 The control device can monitor the intensity change of the optical wavefront during the change of the wavefront characteristic, and compensates the interference signal for the intensity change.
The controller can calculate information about at least one surface reflectance of the selected pair of surfaces based on at least some amplitudes of the spectral peaks.

制御装置は、複数の位置の各々におけるスペクトルに基づき、選択された表面の対の間に欠陥が存在するかどうかを決定可能である。欠陥の存在は複数の位置の少なくとも一つにおけるスペクトルの更に多くのピークに対応可能である。   The controller can determine whether a defect exists between the selected pair of surfaces based on the spectrum at each of the plurality of locations. The presence of defects can correspond to more peaks in the spectrum at at least one of the plurality of positions.

制御装置は、更に、複数の表面の第２の選択された対に対応するピークのスペクトル座標を認識可能である。更に、各位置について、制御装置は、第１の選択された表面の対に対応するピークの座標及び第２の選択された表面の対に対応するピークの座標における干渉信号のスペクトル位相を抽出可能である。   The controller can further recognize the spectral coordinates of the peak corresponding to the second selected pair of surfaces. Further, for each position, the controller can extract the spectral phase of the interference signal at the coordinates of the peak corresponding to the first selected surface pair and the coordinate of the peak corresponding to the second selected surface pair. It is.

このような実施形態において、干渉計は第１の基準表面及び第２の基準表面を含み得て、複数の表面は第１及び第２の基準表面ならびに光学部品の第１の表面を含み、干渉計は、波面部分の一つを、光学部品の少なくとも一つの内部表面からの反射を介して第２の基準表面に向けるように構成される。更に、制御装置は、抽出された位相に基づき、光学部品の第１の表面に対して、光学部品の内部表面の角配向を決定可能である。同様に、制御装置は、抽出された位相に基づき、光学部品の内部角を更に決定可能であり、少なくとも一つの内部表面は内部角を規定する２つの内部表面を含む。   In such an embodiment, the interferometer may include a first reference surface and a second reference surface, the plurality of surfaces including the first and second reference surfaces and the first surface of the optical component, the interference The meter is configured to direct one of the wavefront portions to the second reference surface via reflection from at least one internal surface of the optical component. Furthermore, the controller can determine the angular orientation of the inner surface of the optical component relative to the first surface of the optical component based on the extracted phase. Similarly, the controller can further determine an internal angle of the optical component based on the extracted phase, and the at least one internal surface includes two internal surfaces that define the internal angle.

全体として、他の態様において、本発明は、光学部品における欠陥の存在を決定するためのシステムを特徴とする。システムは、ｉ）その光源から導出される光学波面の特性を変化させるように構成された変調部品を含む光源、ｉｉ）動作中、光学波面の異なる部分を複数の表面に指向し、光学干渉画像を形成するために異なる部分を再編成する干渉計、ｉｉｉ）変調部品による光学波面特性の変化に応じて、光学干渉画像の異なる位置における干渉信号を記録するために配置される複数の基本光検出器であって、波面特性の変化により異なる光路分離を有する複数の表面の対が干渉信号に異なる影響を生じさせる検出器、及び、ｉｖ）光源及び光検出器に接続され、動作中に、少なくとも一つの位置の干渉信号を変換し、複数の表面の各対に対応してスペクトル座標においてピークを有するスペクトルを生成し、かつ、スペクトルに基づき、光学部品に欠陥が存在するかどうかを決定する電子制御装置であって、欠陥が少なくとも一つの位置についてのスペクトルにおける異常なピークに対応する制御装置を含む。例えば、光源は周波数調整可能な光源であってよく、変調部品は光源の出力周波数を変化させるドライバであってよく、変調部品により変化された波面の特性は波面の周波数であってよい。   Overall, in another aspect, the invention features a system for determining the presence of a defect in an optical component. The system i) a light source including a modulation component configured to change the characteristics of an optical wavefront derived from the light source, ii) directing different portions of the optical wavefront to a plurality of surfaces during operation, and an optical interference image An interferometer that reorganizes different parts to form a signal, iii) a plurality of basic light detections arranged to record interference signals at different positions of the optical interference image in response to changes in the optical wavefront characteristics by the modulation component A plurality of pairs of surfaces having different optical path separations due to changes in wavefront characteristics, causing different effects on the interference signal; and iv) connected to the light source and the light detector, at least during operation Transform the interfering signal at one position to generate a spectrum with peaks in the spectral coordinates corresponding to each pair of surfaces, and based on the spectrum, There an electronic control unit that determines whether there is a defect comprises a control device corresponding to the abnormal peak in the spectrum for at least one position. For example, the light source may be a frequency-adjustable light source, the modulation component may be a driver that changes the output frequency of the light source, and the wavefront characteristic changed by the modulation component may be the wavefront frequency.

本発明の実施形態は以下の長所のいずれかを含み得る。
位相シフト干渉分析は、線形又は非線形位相シフト漸増分を使用して行い得る。本発明のある実施形態は、キャビティ表面についての表面反射率を測定可能であり、及び／又は、精密キャビティを特性付け可能である。本発明のある実施形態は、光学部品内又は光学部品上の欠陥を三次元で位置検出可能である。本発明のいくつかのシステム及び方法は内部角の測定も行い得て、複数の基本光学組立体を特性付け可能である。複数の基本光学組立体の特性付けは、例えば、部品間の界面の完全性の評価、部品の整列、部品内の欠陥の検出を含み得て、組立体の展開及び使用の前後に行う測定を比較することにより組立体（組立体の部分）の磨耗を較正／評価可能である。 Embodiments of the invention can include any of the following advantages.
Phase shift interference analysis may be performed using linear or non-linear phase shift incremental increments. Certain embodiments of the present invention can measure surface reflectivity for a cavity surface and / or characterize a precision cavity. Certain embodiments of the present invention can detect defects in or on an optical component in three dimensions. Some systems and methods of the present invention can also perform internal angle measurements and characterize multiple basic optical assemblies. Characterization of multiple basic optical assemblies can include, for example, assessment of interface integrity between parts, alignment of parts, detection of defects in parts, and measurements performed before and after assembly deployment and use. By comparison, the wear of the assembly (part of the assembly) can be calibrated / evaluated.

他に定義されない限り、本明細書中に使用される全ての技術及び科学用語は、本発明の当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で触れた全ての出版物、特許出願、特許、及び他の参照はそれらの全体が本願明細書に援用する。反駁のある場合、定義を含めて、本明細書が支配する。   Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art of the invention. All publications, patent applications, patents, and other references mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control.

本発明の一つ又は複数の実施形態の詳細は添付の図面及び以下の説明に述べる。本発明の他の特徴、目的、及び長所は説明及び図面、ならびに特許請求の範囲から明らかになろう。   The details of one or more embodiments of the invention are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages of the invention will be apparent from the description and drawings, and from the claims.

様々な図面中の同じ参照記号は同じ構成を示す。   Like reference symbols in the various drawings indicate like structures.

本発明は、位相シフトを作り出すために、例えば不等光路干渉計（例えば、フィゾー干渉計）における光周波数変調を使用して、位相シフト干渉分析（ＰＳＩ）を行う方法及びシステムを特徴とする。ＰＳＩデータは、表面の複数の対により規定される干渉分析用キャビティ内の表面の異なる対に各々が対応する、スペクトル的に分離されたピーク（例えば、周波数ピーク）を生成するために変換（例えば、周波数変換）される。干渉分析技術の実施形態は、以下、周波数変換位相シフト干渉分析（以下、「ＦＴＰＳＩ」）と呼び得る。そのような実施形態ＦＴＰＳＩには、使用される変換の特定のタイプに関係なく言及する。例えば、変換は後に説明するＯＰＬ変換であってもよい。   The present invention features a method and system for performing phase shift interference analysis (PSI) using, for example, optical frequency modulation in an unequal optical path interferometer (eg, Fizeau interferometer) to create a phase shift. The PSI data is transformed (eg, to produce spectrally separated peaks (eg, frequency peaks), each corresponding to a different pair of surfaces within the interference analysis cavity defined by the plurality of pairs of surfaces. Frequency conversion). Embodiments of the interference analysis technique may hereinafter be referred to as frequency converted phase shift interference analysis (hereinafter “FTPSI”). Such embodiments refer to FTPSI regardless of the particular type of transformation used. For example, the conversion may be OPL conversion described later.

２表面キャビティにおいて、光周波数の変化は光路長（ＯＰＬ）に比例する干渉位相において対応する変化を誘導する。同様に、２個を超える表面を有するキャビティにおいて、複数の反射性表面は、光周波数における同じ変化に対して、異なる位相シフトを有する干渉パターンを引き起こす。異なる位相シフトの各々は、キャビティ内の各表面対（すなわち、基本となる２表面キャビティ）間の光路差に対応する。その結果、このようなキャビティからの波長調整された干渉分析用データは、スペクトル的に分離された周波数ピーク一式を生成するために（例えば、フーリエ変換を使用することにより）周波数領域に変換可能である。各そのようなピークはキャビティ内の表面の特定の対に対応し、表面の対についての光路長情報を提供する。更に、本発明の実施形態は、干渉計内の表面の各対についての干渉位相シフト周波数が互いに区別されるように構成可能である。   In a two-surface cavity, the change in optical frequency induces a corresponding change in the interference phase proportional to the optical path length (OPL). Similarly, in cavities with more than two surfaces, multiple reflective surfaces cause interference patterns with different phase shifts for the same change in optical frequency. Each of the different phase shifts corresponds to an optical path difference between each pair of surfaces in the cavity (ie, the basic two-surface cavity). As a result, wavelength-tuned interference analysis data from such cavities can be converted to the frequency domain (eg, using a Fourier transform) to generate a spectrally separated set of frequency peaks. is there. Each such peak corresponds to a particular pair of surfaces within the cavity and provides optical path length information for the surface pair. Furthermore, embodiments of the present invention can be configured such that the interference phase shift frequencies for each pair of surfaces in the interferometer are distinguished from each other.

各キャビティのピーク周波数は、キャビティの公称光学的厚さ及び公称光周波数調整速度から決定可能である。代わりに、各キャビティのピーク周波数は、周波数変換された干渉分析用データから取得可能である。各キャビティの干渉分析用位相は、ほぼピーク周波数において、評価される干渉データの離散フーリエ変換から決定可能である。各キャビティにわたる干渉分析の位相分布（又は、位相マップ）は、各キャビティの例えば光学的厚さの変化を決定するために使用可能である。更に、ある実施形態において、位相マップは屈折率の変化（すなわち、屈折率の横方向変化）、及びキャビティ内の透明な測定物体の物理的厚さの変化を決定するために使用可能である。   The peak frequency of each cavity can be determined from the nominal optical thickness of the cavity and the nominal optical frequency tuning rate. Instead, the peak frequency of each cavity can be obtained from the frequency converted interference analysis data. The interference analysis phase of each cavity can be determined from the discrete Fourier transform of the interference data to be evaluated at approximately the peak frequency. The phase distribution (or phase map) of the interference analysis across each cavity can be used to determine, for example, the change in optical thickness of each cavity. Further, in some embodiments, the phase map can be used to determine the change in refractive index (ie, the lateral change in refractive index) and the change in physical thickness of the transparent measurement object within the cavity.

更に、周波数変換されたデータの高分解能周波数スペクトルを最初に獲得することにより、各キャビティのピーク周波数に対応して正確な値を決定可能である。ピーク周波数のこのような正確な値は、各キャビティの絶対光学的厚さの測定を可能にする。ある実施形態において、このことは、キャビティ内の測定物体の絶対物理的厚さ及び絶対屈折率の決定を可能にする。   Furthermore, by first acquiring a high resolution frequency spectrum of the frequency converted data, an accurate value can be determined corresponding to the peak frequency of each cavity. Such an accurate value of the peak frequency allows measurement of the absolute optical thickness of each cavity. In certain embodiments, this allows the determination of the absolute physical thickness and the absolute refractive index of the measurement object within the cavity.

そのような干渉分析システム１００の概略図を図１に示す。システム１００は、透明な測定物体１０１（例えば、光学的平面）の前面１０２及び背面１０３からの反射間の光学干渉を測定するように構成される。測定される光学干渉は、基準物体１１０の及び基準物体１２０のそれぞれの表面１１１、１２１からの付加の反射を含む。例えば、基準物体１１０及び１２０は明確な特性の表面を有する基準平面とすることが可能である。より一般的には、表面１１１と１２１により規定される基準表面は、明確な特性のものである必要がない。表面１０２は、表面１２１から間隙１２５だけ離間され、表面１０３は表面１１１から別の間隙１１５だけ離間される。システム１００は、基準物体１１０、１２０に対する物体１０１の位置決めをするためのマウント、及びコンピュータ１９０を含む。システム１００は、調整可能な光源１４０（例えば、レーザダイオード）、光源１４０に接続されて、光源１４０の出力の光周波数を調整するドライバ１４５、ビームスプリッタ１５０、コリメート光学機器１３０、画像形成光学機器１６０、ＣＣＤカメラ１７０、及び、カメラ１７０により検出される画像を記憶するためのフレーム・グラバ１８０を更に含む。ある実施形態において、単一のデバイスは、制御及び測定の機能の双方を行い得る（例えば、フレーム・グラバ１８０はコンピュータ１９０に組み込み可能である）。ドライバ１４５は、ν₀の公称光周波数についての周波数範囲Δνに基づいて光源１４０の光周波数νを調整する。 A schematic diagram of such an interference analysis system 100 is shown in FIG. System 100 is configured to measure optical interference between reflections from front surface 102 and back surface 103 of transparent measurement object 101 (eg, an optical plane). The measured optical interference includes additional reflections from the surfaces 111, 121 of the reference object 110 and the reference object 120, respectively. For example, the reference objects 110 and 120 can be reference planes having a well-characterized surface. More generally, the reference surface defined by surfaces 111 and 121 need not be of distinct characteristics. Surface 102 is spaced from surface 121 by a gap 125 and surface 103 is spaced from surface 111 by another gap 115. The system 100 includes a mount for positioning the object 101 with respect to the reference objects 110, 120, and a computer 190. The system 100 includes an adjustable light source 140 (eg, a laser diode), a driver 145 connected to the light source 140 to adjust the optical frequency of the output of the light source 140, a beam splitter 150, a collimating optical instrument 130, and an image forming optical instrument 160. , Further includes a CCD camera 170 and a frame grabber 180 for storing images detected by the camera 170. In certain embodiments, a single device may perform both control and measurement functions (eg, frame grabber 180 may be incorporated into computer 190). The driver 145 adjusts the optical frequency ν of the light source 140 based on the frequency range Δν for the nominal optical frequency of ν ₀ .

動作中、制御装置１９０は、ドライバ１４５に光源１４０から照射される光の光周波数を制御させ、指定された光周波数の各々について、ＣＣＤカメラ１７０により検出される光学干渉の画像をフレーム・グラバ１８０に記憶させる。フレーム・グラバ１８０は画像の各々を制御装置１９０に送り、制御装置１９０はＰＳＩアルゴリズムを使用してそれらを分析する。ある実施形態において、ドライバ１４５は、一連の干渉画像が記録されるに従って光源１４０の光周波数を線形的に変調する。代わりに、他の実施形態において、ドライバは光周波数を離散ステップで、又は、他の機能に従って変調可能である。   During operation, the control device 190 causes the driver 145 to control the optical frequency of the light emitted from the light source 140 and, for each of the specified optical frequencies, the image of the optical interference detected by the CCD camera 170 to the frame grabber 180. Remember me. The frame grabber 180 sends each of the images to the controller 190, which analyzes them using a PSI algorithm. In some embodiments, the driver 145 linearly modulates the optical frequency of the light source 140 as a series of interference images are recorded. Instead, in other embodiments, the driver can modulate the optical frequency in discrete steps or according to other functions.

動作中、光源１４０は、光周波数νを有する光をビームスプリッタ１５０に指向し、ビームスプリッタ１５０は、この光をコリメートレンズ１３０に指向して、光を平面場にコリメートする。図５を参照して以下に更に説明するが、任意に、第２のビームスプリッタ（図示しない）は光の一部を光周波数モニタに指向する。表面１２１は、光の第１の部分を反射して第１の基準波面１０５ａを形成し、物体１０１の表面１０２、１０３は光の付加の部分を反射して波面１０５ｂ、１０５ｃをそれぞれ形成する。表面１１１も光の一部を反射して第２の基準波面１０５ｄを形成する。続いて、レンズ１３０、１６０は、波面１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄをＣＣＤカメラ１７０上に画像形成し、そこで、それらは光学干渉パターンを形成する。光学干渉パターンは、キャビティ１０９内の高次反射によるものも含む。高次反射は、例えば表面１２１から反射する光と、表面１０２で先ず反射し、続いて、表面１２１で、続いて、再び表面１０２で反射する光との間の干渉を含む。   In operation, light source 140 directs light having optical frequency ν to beam splitter 150, which directs this light to collimating lens 130 to collimate the light into a planar field. As described further below with reference to FIG. 5, optionally, a second beam splitter (not shown) directs a portion of the light to the optical frequency monitor. The surface 121 reflects a first portion of light to form a first reference wavefront 105a, and the surfaces 102 and 103 of the object 101 reflect additional portions of light to form wavefronts 105b and 105c, respectively. The surface 111 also reflects part of the light to form a second reference wavefront 105d. Subsequently, the lenses 130, 160 image the wavefronts 105a, 105b, 105c, 105d on the CCD camera 170 where they form an optical interference pattern. The optical interference pattern includes those due to higher-order reflection in the cavity 109. Higher order reflection includes, for example, interference between light reflected from the surface 121 and light reflected first from the surface 102, followed by light reflected at the surface 121, and then again at the surface 102.

分析において、基本的な２表面干渉計のキャビティ、例えば、表面１２１及び表面１０２により形成されるキャビティにおける光周波数調整で生成される光学干渉パターンを最初に考えた。各表面は物理的な間隙Ｌだけ離間され、屈折率ｎの媒体を含む。例えば、間隙は約１の屈折率を有する空気で満たされる。屈折率と間隙の厚さとの積ｎＬは、光学的厚さと呼ぶ（空気については、これが物理的厚さＬとほぼ等しい）。表面１０２から反射された波数ｋの光線と、表面１０３からｐ回反射した光線との間の総位相差φは以下により得られる。   In the analysis, the optical interference pattern generated by optical frequency tuning in a basic two-surface interferometer cavity, for example, the cavity formed by surface 121 and surface 102, was first considered. Each surface is separated by a physical gap L and contains a medium of refractive index n. For example, the gap is filled with air having a refractive index of about 1. The product nL of the refractive index and the gap thickness is called the optical thickness (for air this is approximately equal to the physical thickness L). The total phase difference φ between the wavenumber k ray reflected from the surface 102 and the ray reflected p times from the surface 103 is given by:

ここで、νは光の光周波数、ｃは光速、φは全体的に一定の位相である。間隙Ｌ及び位相φに依存するｘ及びｙは、位相の空間変化を示すものとして式１に明確に示される。ある実施形態において、屈折率ｎもｘ及びｙ依存性を有し得る。この位相変化プロファイル、即ち位相マップの抽出は、ＰＳＩにおいて典型的に関心の対象となる情報である。この明確なｘ及びｙ依存性は、明瞭さの目的で以降の式では省略される。

Here, ν is the optical frequency of light, c is the speed of light, and φ is a constant phase as a whole. X and y depending on the gap L and the phase φ are clearly shown in Equation 1 as indicating the spatial variation of the phase. In certain embodiments, the refractive index n may also have x and y dependence. The extraction of this phase change profile, i.e. the phase map, is the information of interest typically in PSI. This clear x and y dependency is omitted in the following equations for the purpose of clarity.

光源の光周波数νを調整することにより、光周波数調整速度ν・及びキャビティ光路差２ｐｎＬに依存する干渉法位相変化φ・が以下のように生成される。   By adjusting the optical frequency ν of the light source, an interferometric phase change φ · that depends on the optical frequency adjustment speed ν · and the cavity optical path difference 2 pnL is generated as follows.

ここで、ドットは時間に関する微分を表す。項

Here, the dot represents a derivative with respect to time. Term

は屈折率色分散（波長に伴なう屈折率の変化）による。屈折率色分散を考慮することにより、特に絶対的測定値についての測定精度が向上され得る。したがって、キャビティ干渉は、以下により得られる周波数ｆ_Cで変化する。

Is due to refractive index chromatic dispersion (change in refractive index with wavelength). By taking into account the refractive index chromatic dispersion, the measurement accuracy, especially for absolute measurement values, can be improved. Therefore, the cavity interference varies with the frequency f _C obtained by:

したがって、基本となるキャビティにおいて、複数の反射事象により、第１次（すなわち、ｐ＝１）周波数の高調波である周波数で干渉が生成される。

Thus, in the underlying cavity, multiple reflection events generate interference at a frequency that is a harmonic of the first order (ie, p = 1) frequency.

ある実施形態において、光学的厚さｎＬ及び光周波数調整速度ν・に対する公称値が分かれば、周波数ｆ_Cは式３から決定可能である。加えて、周波数ｆ_Cは、ＣＣＤカメラ１７０により測定される干渉強度のデータを周波数領域に変換することにより（例えば、フーリエ変換を使用して）、認識可能である。この変換により周波数スペクトルが生成され、スペクトル中の対応ピークの周波数が認識される。 In one embodiment, once the nominal values for the optical thickness nL and the optical frequency adjustment rate ν · are known, the frequency f _C can be determined from Equation 3. In addition, the frequency f _C can be recognized by converting the interference intensity data measured by the CCD camera 170 into the frequency domain (eg, using a Fourier transform). This conversion generates a frequency spectrum and recognizes the frequency of the corresponding peak in the spectrum.

一旦周波数ｆ_Cが決定されれば、実質的に線形な周波数調整にとっては、基本となるキャビティの干渉位相も、干渉の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）の複素振幅から復元可能であり、その複素振幅は、キャビティについての代表的な第１次周波数ｆ_Cにおいて評価される。 Once the frequency f _C is determined, for a substantially linear frequency adjustment, the interference phase of the underlying cavity can also be recovered from the complex amplitude of the discrete Fourier transform (DFT) of the interference, which complex amplitude is , Evaluated at a representative first order frequency f _C for the cavity.

ここで、

here,

である。式５において、Ｉ_jは光周波数調整の第ｊ番目の光周波数において測定される強度サンプルである。Ｎは得られた強度サンプルの総数である。Ｗ_jはフーリエウインドＷに関連するサンプリング重みであり、ｆ_Sはサンプリング速度である。フーリエウインドＷは、ｆ_Cから遠い更に多くの周波数、及び有限の観測間隔の効果からの位相評価への要因を抑制するために通常選択される。フーリエウインドの例はハミング（Ｈａｍｍｉｎｇ）ウインド及びターキー（Ｔｕｋｅｙ）ウインドを含む。Ｔｕｋｅｙウインドは、ｆ_Cに近い一つ又は複数の更に多くの周波数ピークを有する実施形態において有利となり得る。その理由は、ウインドの先細り幅は、これらの更に多くの周波数をｆ_Cにおいて効果的に重みをゼロにするように選択可能であるからである。

It is. In Equation 5, I _j is an intensity sample measured at the jth optical frequency of the optical frequency adjustment. N is the total number of intensity samples obtained. W _j is the sampling weight associated with the Fourier window W, and f _S is the sampling rate. The Fourier window W is usually selected to suppress the factors in phase estimation from the effects of more frequencies far from f _C and the finite observation interval. Examples of Fourier windows include a Hamming window and a Tukey window. The Tukey window may be advantageous in embodiments having one or more more frequency peaks near f _C. The reason is that the taper width of the window can be selected to effectively zero out these more frequencies at f _C.

各ＣＣＤ画素に対する位相φの抽出は、キャビティについての位相分布φ（ｘ，ｙ）（すなわち、位相マップ）を与える。光学的厚さ（すなわち、相対的な光学的厚さ）の変化は式１から決定可能である。更に、基準表面１２１の表面プロファイルが既に分かっている場合、位相分布は表面１０２の表面プロファイルを決定するために使用可能である。式４及び５により定義される位相抽出の結果により、位相モジュロ２πが生成されることが分かる。位相の不確定性は、当業者に一般に公知の従来の２π位相不確定性接続技術を使用して、位相マップにおいて説明可能である。   Extraction of phase φ for each CCD pixel gives a phase distribution φ (x, y) (ie, phase map) for the cavity. The change in optical thickness (ie, relative optical thickness) can be determined from Equation 1. Further, if the surface profile of the reference surface 121 is already known, the phase distribution can be used to determine the surface profile of the surface 102. It can be seen that the phase modulo 2π is generated as a result of the phase extraction defined by equations 4 and 5. Phase uncertainty can be explained in the phase map using conventional 2π phase uncertainty connection techniques generally known to those skilled in the art.

上記の位相抽出分析により、キャビティについての相対的情報（すなわち、画素ごとの変化）がもたらされる。キャビティについての絶対的な情報を決定することも可能である。式３によれば、第１次ピーク周波数ｆ_C、周波数調整速度ν・、及び色分散から絶対的な光学的厚さｎＬを決定可能である。しかし、この決定の精度は、ｆ_C、ν・が決定される精度に依存する。更に、絶対的な光学的厚さｎＬのｘ、ｙ依存性は、ＣＣＤカメラ１７０の各画素に対応する干渉強度のデータから第１次周波数ｆ_Cを別個に認識することにより決定可能である。 The above phase extraction analysis provides relative information about the cavity (ie, pixel to pixel change). It is also possible to determine absolute information about the cavity. According to Equation 3, the absolute optical thickness nL can be determined from the primary peak frequency f _C , the frequency adjustment speed ν ·, and the chromatic dispersion. However, the accuracy of this determination depends on the accuracy with which f _C and ν · are determined. Furthermore, the x and y dependence of the absolute optical thickness nL can be determined by recognizing the primary frequency f _C separately from the interference intensity data corresponding to each pixel of the CCD camera 170.

ある実施形態において、キャビティの小さな部分（例えば、一つのＣＣＤ画素に対応する部分）の高分解能周波数スペクトルは、ｆ_Cを正確に決定するために取得可能である。これから、キャビティの絶対的な光学的厚さについての正確な値はキャビティのその部分について決定可能である。同じ測定からのデータを使用して、キャビティ全体の低分解能周波数スペクトルが取得可能である。式４及び５を使用して、この情報はキャビティの相対位相マップ及び相対的な光学的厚さの変化を決定するために使用可能である。したがって、キャビティ全体の絶対的な光学的厚さは、相対的な光学的厚さの変化を、キャビティの小さな部分について決定された絶対的な光学的厚さと参照することにより、決定可能である。周波数スペクトルの分解能及びスペクトル分解能の限界に影響を及ぼすパラメータを以下に検討する。 In certain embodiments, a high resolution frequency spectrum of a small portion of the cavity (eg, the portion corresponding to one CCD pixel) can be acquired to accurately determine f _C. From this, an exact value for the absolute optical thickness of the cavity can be determined for that part of the cavity. Using data from the same measurement, a low resolution frequency spectrum of the entire cavity can be obtained. Using Equations 4 and 5, this information can be used to determine the relative phase map of the cavity and the change in relative optical thickness. Thus, the absolute optical thickness of the entire cavity can be determined by referring to the relative optical thickness change with the absolute optical thickness determined for a small portion of the cavity. The parameters that affect the resolution of the frequency spectrum and the limits of the spectral resolution are discussed below.

上記の分析では、物体１０１が不透明であり、物体１０１の表面１０２からの反射のみを考慮する必要がある状況が適切に説明されている。しかし、ある実施形態において、物体１０１は透明であり、表面１２１、１０２、及び、１０３からの反射を考慮すべきである。以降の分析では、基準平面１１０の表面１１１からの反射は無視される。例えば、基準平面１１０は取り除かれる。今、表面の対１２１と１０２、１２１と１０３、及び、１０２と１０３にそれぞれ対応する３つの第１次基本となる２つの表面キャビティがある。表面１２１と表面１０２は、距離Ｌ（すなわち、間隙１２５）だけ離間されている。以降、間隙１２５は空気で満たされ、１に等しい屈折率を有すると仮定する。物体１０１は厚さＴ及び屈折率ｎを有する。干渉計は、全ての基本キャビティが一意のＯＰＬを有するように構成されていると仮定する。第１次周波数は、スペクトル的に分離され、いずれの基本キャビティの干渉分析位相は、式４及び５により得られる周波数分解及び位相抽出を使用して、抽出可能である。したがって、相対的及び絶対的な光学的厚さのプロファイルは、複数の基本キャビティについて同時に生成可能である。   The above analysis adequately explains the situation where the object 101 is opaque and only the reflection from the surface 102 of the object 101 needs to be considered. However, in certain embodiments, the object 101 is transparent and reflections from the surfaces 121, 102, and 103 should be considered. In subsequent analysis, reflection from the surface 111 of the reference plane 110 is ignored. For example, the reference plane 110 is removed. There are now two primary basic surface cavities corresponding to surface pairs 121 and 102, 121 and 103, and 102 and 103, respectively. Surface 121 and surface 102 are separated by a distance L (ie, gap 125). Hereinafter, it is assumed that the gap 125 is filled with air and has a refractive index equal to 1. The object 101 has a thickness T and a refractive index n. The interferometer assumes that all basic cavities are configured with a unique OPL. The primary frequencies are spectrally separated and the interference analysis phase of any elementary cavity can be extracted using the frequency decomposition and phase extraction obtained by equations 4 and 5. Thus, relative and absolute optical thickness profiles can be generated for multiple elementary cavities simultaneously.

各キャビティについてのピーク周波数ｆ_Cを正確に決定するためには、関心の対象である各ピークをスペクトル的に分解することが必要である。フーリエ分解のスペクトル分解能限界は観測回数に逆比例し、そのため、最低分解可能干渉周波数は、 In order to accurately determine the peak frequency f _C for each cavity, it is necessary to spectrally resolve each peak of interest. The spectral resolution limit of Fourier decomposition is inversely proportional to the number of observations, so the lowest resolvable interference frequency is

である。全ての第１次周波数は分解されるｆ_minにより分離されるべきである。パラメータμは、実際の事項として導入される。理論的な分解能限界はμ＝０の時に出現するが、実際には、最低分解可能周波数は、幾分大きくして潜在的な機器の欠陥及び位相エラー感度を補うようにするべきである。

It is. All first order frequencies should be separated by f _min to be resolved. The parameter μ is introduced as an actual matter. The theoretical resolution limit appears when μ = 0, but in practice, the lowest resolvable frequency should be somewhat larger to compensate for potential instrumental defects and phase error sensitivity.

ｆ_C＝ｆ_minと設定すると、式３によりΔν_maxの調整範囲に対する最低分解可能光路差が以下により得られることが示唆される。 When f _C = f _min is set, Equation 3 suggests that the lowest resolvable optical path difference for the adjustment range of Δν _max is obtained as follows.

これは、例えば、μ＝０であれば、８０ギガヘルツの最大調整範囲に対して３．７５ミリメータという結果になる。第１次周波数を分離するために、主要なキャビティ間隙は、式７により示される限界より大きくすべきである。更に、絶対的な測定値に対して第１次ピーク周波数を正確に決定することを所望するなら、調整範囲は式７により必要とされるものより大きくすべきである。

For example, if μ = 0, the result is 3.75 millimeters for a maximum adjustment range of 80 GHz. In order to isolate the primary frequency, the main cavity gap should be larger than the limit shown by Equation 7. Furthermore, if it is desired to accurately determine the first order peak frequency for absolute measurements, the adjustment range should be greater than that required by Equation 7.

採用される分析方法は次のように要約される。すなわち、干渉計キャビティは、各基本キャビティに対する一意のＯＰＬを生成するように構成され、これにより、式３で一意の干渉周波数が保証される。続いて、光周波数を変化しつつ、干渉縞がサンプル採取される。続いて、各画素に記録された干渉縞は、フーリエ変換などの周波数変換、及び、変換されたデータから認識される基本キャビティに対応する第１次周波数ピークを使用して、スペクトル的に分解可能である。最後に、関心の対象である各周波数ピークにおける空間的位相分布が、式４及び式５を使用して抽出される。   The analytical methods employed are summarized as follows: That is, the interferometer cavities are configured to generate a unique OPL for each basic cavity, which ensures a unique interference frequency in Equation 3. Subsequently, interference fringes are sampled while changing the optical frequency. Subsequently, the interference fringes recorded in each pixel can be spectrally resolved using a frequency transform such as a Fourier transform and a primary frequency peak corresponding to the fundamental cavity recognized from the transformed data. It is. Finally, the spatial phase distribution at each frequency peak of interest is extracted using Equation 4 and Equation 5.

ある実施形態において、式５を使用した特定の第１次周波数における周波数変換は、各基本キャビティの位相マップを（式４を使用して）別個に評価するために、データに適用される。位相マップは、例えばキャビティ表面の一つ以上の表面プロファイル、及び／又は、基本キャビティの一つ以上の相対的な光学的厚さなどの情報を決定するために、使用可能である。   In certain embodiments, a frequency transform at a particular primary frequency using Equation 5 is applied to the data to evaluate each basic cavity phase map separately (using Equation 4). The phase map can be used to determine information such as one or more surface profiles of the cavity surface and / or one or more relative optical thicknesses of the base cavity.

代わりに、又は、加えて、ピーク周波数値自体は、対応するキャビティの絶対光学的厚さを決定するために、使用可能であるが、調整範囲は十分な分解能を提供することを条件とする。各キャビティの光学的厚さ及び光学的厚さの変化についての情報は、各キャビティの完全な絶対光学的厚さプロファイルを決定するために、合成可能である。   Alternatively or additionally, the peak frequency value itself can be used to determine the absolute optical thickness of the corresponding cavity, provided that the adjustment range provides sufficient resolution. Information about the optical thickness of each cavity and the change in optical thickness can be combined to determine the complete absolute optical thickness profile of each cavity.

光学的厚さも、既知の光周波数変化Δνの間での位相変化Δφにより決定することができる。光学的厚さは、以下のように式２から計算される。   The optical thickness can also be determined by the phase change Δφ between the known optical frequency changes Δν. The optical thickness is calculated from Equation 2 as follows:

ここで、Δφ及びΔνが同じ時間間隔Δｔにわたって測定され、導関数φ・及びν・がそれぞれ微分式

Here, Δφ and Δν are measured over the same time interval Δt, and the derivatives φ · and ν ·

及び

as well as

により近似可能であると仮定する。

It is assumed that the approximation is possible.

ある実施形態において、ＦＴＰＳＩは不連続表面、例えば階段状の表面の表面プロファイルを決定するために使用可能である。例えば、図２に示す物体の側面４２０を考える。側面４２０は、高さｈによりずれが設けられた２つの平行な表面４２０ａ及び４２０ｂを有する。表面４２０ａ、４２０ｂは、基準平坦表面４１０と実質的に平行である。表面の対４１０と４２０ａ、及び、４１０と４２０ｂは間隙４３０及び４４０だけそれぞれ離間される。   In some embodiments, FTPSI can be used to determine the surface profile of a discontinuous surface, such as a stepped surface. For example, consider the side surface 420 of the object shown in FIG. The side surface 420 has two parallel surfaces 420a and 420b that are offset by a height h. The surfaces 420a, 420b are substantially parallel to the reference flat surface 410. Surface pairs 410 and 420a and 410 and 420b are separated by gaps 430 and 440, respectively.

上記したように、側面４２０のＦＴＰＳＩ分析により、間隙４３０及び４４０に対して異なるピーク周波数がもたらされる。表面４２０ａ及び４２０ｂに対する表面プロファイルは、上記したように、各キャビティのスペクトル分析により取得可能である。加えて、表面４２０ａと４２０ｂの間の段差の高さは、間隙４３０及び４４０の光学的厚さの変化を比較することにより見出し得る。当然、この情報は、３つ以上の表面を有するキャビティ内の不連続な表面に対して取得可能である。   As noted above, the FTPSI analysis of the side 420 results in different peak frequencies for the gaps 430 and 440. Surface profiles for surfaces 420a and 420b can be obtained by spectral analysis of each cavity, as described above. In addition, the height of the step between surfaces 420a and 420b can be found by comparing the change in optical thickness of gaps 430 and 440. Of course, this information can be obtained for discontinuous surfaces within a cavity having more than two surfaces.

上記の分析は、図１に示す４表面キャビティ１０９などの４表面キャビティを扱うために更に拡張可能である。このキャビティは、６つの第１次基本２表面キャビティを構成する。説明を簡単にするために、表面１０２及び１０３により限定されるキャビティは、例えば、１０２：１０３と表す。したがって、６つの第１次基本キャビティはそれぞれ１２１：１０２、１２１：１０３、１２１：１１１、１０２：１０３、１０２：１１１、及び、１０３：１１１となる。主要な間隙１２５及び１１５の値は、全ての基本キャビティが一意のＯＰＬ、即ち一意の第１次周波数を有するように選択されなければならない。間隙１２５は、長さＬ₁（これは３表面キャビティの処理においてＬとして表した）を有し、間隙１１５は、長さＬ₂を有する。 The above analysis can be further expanded to handle a four-surface cavity such as the four-surface cavity 109 shown in FIG. This cavity constitutes six primary basic two-surface cavities. For simplicity of description, the cavity defined by the surfaces 102 and 103 is represented, for example, as 102: 103. Thus, the six primary basic cavities are 121: 102, 121: 103, 121: 111, 102: 103, 102: 111, and 103: 111, respectively. The values of the main gaps 125 and 115 must be chosen so that all basic cavities have a unique OPL, i.e. a unique first order frequency. The gap 125 has a length L ₁ (which was represented as L in the three-surface cavity process), and the gap 115 has a length L ₂ .

分解可能な第１次周波数ピークにより、ユーザが空間位相の変化及び、式４及び５に従って各キャビティに対する相対的な光学的厚さを抽出することが可能となる。更に、光周波数調整速度ν・が分かっており、周波数が十分な精度に解明されていることを条件に、各個別のキャビティの絶対的な光学的厚さは、式３を使用して決定可能である。   The resolvable primary frequency peak allows the user to extract the spatial phase change and the relative optical thickness for each cavity according to equations 4 and 5. In addition, the absolute optical thickness of each individual cavity can be determined using Equation 3, provided that the optical frequency adjustment speed ν · is known and the frequency is elucidated with sufficient accuracy. It is.

更に、ＦＴＰＳＩ分析により得られた情報を使用して物体１０１の屈折率の変化、又は均一性を決定することが可能である。屈折率   Furthermore, it is possible to determine the change or uniformity of the refractive index of the object 101 using information obtained by FTPSI analysis. Refractive index

及び板の厚さ

And board thickness

に対する公称値が入手可能であると仮定すれば、屈折率の変化は高い精度で取得可能である。式１から、各主要キャビティにおいて観測される総位相は、以下に対応する。

Assuming that a nominal value for is available, the change in refractive index can be obtained with high accuracy. From Equation 1, the total phase observed in each main cavity corresponds to:

ここで、

here,

である。同様の式は、物体１０１が取り除かれた１２１：１１１キャビティの位相変化について見出される。すなわち、

It is. A similar equation is found for the 121: 111 cavity phase change with the object 101 removed. That is,

物体１０１の屈折率ｎについて解くと、

Solving for the refractive index n of the object 101,

が得られる。これらの位相が、ＤＦＴから得られる２πモジュロ位相ではなく、総位相を表すため、いずれのキャビティについても、

Is obtained. Because these phases represent the total phase, not the 2π modulo phase obtained from DFT, for any cavity,

と書くことが可能であり、ここで、

Where it is possible to write

及び

as well as

は屈折率及び間隙の公称値であり、φは総位相からの局所位相偏差である。式１１において個別の位相に対して式１２を置き換えると、以下のようになる。

Is the nominal value of the refractive index and gap, and φ is the local phase deviation from the total phase. Replacing Equation 12 for individual phases in Equation 11 yields:

かつ、第１次より高い

And higher than the first

の項を無視する場合について、物体１０１の屈折率変化

Change of the refractive index of the object 101 in the case of ignoring the term

は以下により与えられる。

Is given by

φ_121:111が空のキャビティの位相マップであることに留意して、φ’は自身の個々のモジュロ２π位相マップから決定される。物体１０１の物理的厚さ

Note that φ _{121: 111} is the phase map of the empty cavity, φ ′ is determined from its individual modulo 2π phase map. Physical thickness of object 101

の変化の決定は同様に行われるか、又は、例えば、式１４及び物体１０１の光学的厚さの変化の測定から直接決定可能である。

Is determined in the same manner or can be determined directly from, for example, the measurement of the change in the optical thickness of Equation 14 and the object 101.

主要キャビティ１２１：１０２、１０２：１０３、及び、１０３：１１１の位相マップは、単一の測定において同時に得られる。その結果、空間位相の変化の相対的配向は記憶される。したがって、上記したＦＴＰＳＩ分析を使用して、物体の均一性（均一性ウエッジとも呼ばれる）の線形変化を決定することが可能である。   Phase maps of the main cavities 121: 102, 102: 103, and 103: 111 are obtained simultaneously in a single measurement. As a result, the relative orientation of the spatial phase change is stored. Thus, using the FTPSI analysis described above, it is possible to determine a linear change in object uniformity (also called uniformity wedge).

測定ごとに同一の条件を維持することは、調整の反復可能性及びキャビティの安定性に厳正な要求を課す。物体１０１のキャビティ１０９からの除去又はそれへの挿入は、例えば基準表面１２１及び１１１の物理的位置合わせに変化を導入し得る。これは、今度は、物体１０１の測定での均一性にエラーをもたらし得る。ある実施形態において、キャビティ１０９は、物体１０１により提示される口径がキャビティの観測可能な口径より小さくなるように準備される。この場合、キャビティ１０９の一部は２表面キャビティとなる一方、物体１０１を含む部分は４表面キャビティとなる。２表面キャビティに対応する部分は、物体１０１が除去された測定に対する制御／較正として機能することが可能である。なぜなら、これらの領域内の１２１：１１１キャビティの光路長のいかなる変化も、平面１２０及び１１０の位置合わせの変化に対応するからである。２回の測定間のシステムの縦揺れ及び片揺れにおけるいかなる変化も分析において補償可能である。   Maintaining the same conditions from measurement to measurement places strict requirements on the repeatability of the adjustment and the stability of the cavity. Removal of or insertion of the object 101 from the cavity 109 may introduce changes in the physical alignment of the reference surfaces 121 and 111, for example. This in turn can introduce errors in the uniformity of the measurement of the object 101. In some embodiments, the cavity 109 is prepared such that the aperture presented by the object 101 is smaller than the observable aperture of the cavity. In this case, a part of the cavity 109 is a two-surface cavity, while a part including the object 101 is a four-surface cavity. The portion corresponding to the two surface cavities can serve as a control / calibration for measurements where the object 101 has been removed. This is because any change in the optical path length of the 121: 111 cavity in these regions corresponds to a change in the alignment of the planes 120 and 110. Any changes in the pitch and yaw of the system between two measurements can be compensated for in the analysis.

４表面キャビティの測定から物体１０１の絶対屈折率及び絶対的な物理的厚さを決定することも可能である。主要キャビティの各々についての位相変化は以下により得られる。   It is also possible to determine the absolute refractive index and absolute physical thickness of the object 101 from measurements of the four surface cavities. The phase change for each of the main cavities is obtained by:

再び、式１５ｄは、物体１０１が除去された１２１：１１１キャビティの測定に参照される。屈折率について解くと以下のようになる。

Again, equation 15d is referenced to measure 121: 111 cavities where object 101 has been removed. Solving for the refractive index, it becomes as follows.

ここで、φ・は同一のキャビティ及び調整条件下の各キャビティから観測される位相変化を表す。式１５ｂ及び式１６を使用すると、物体１０１の絶対的な物理的厚さは、

Here, φ · represents the phase change observed from the same cavity and each cavity under the adjustment conditions. Using Equation 15b and Equation 16, the absolute physical thickness of the object 101 is

を介して見出し得る。

You can find through.

個々の第１次ピークの周波数分解能が十分である実施形態において、均一性及び物理的厚さの絶対測定値は、各個々のキャビティについての式２及び３にそれぞれ基づき、式１６及び１７から決定可能である。しかし、他の実施形態において、そのような絶対的な特性は、以下の２つの段落で説明する位相抽出技術を使用して決定可能である。   In embodiments where the frequency resolution of the individual primary peaks is sufficient, the absolute measurements of uniformity and physical thickness are determined from equations 16 and 17 based on equations 2 and 3 for each individual cavity, respectively. Is possible. However, in other embodiments, such absolute characteristics can be determined using the phase extraction technique described in the following two paragraphs.

式１６及び１７において、分子及び分母の双方とも速度の係数を有する。典型的に、速度は微分式、例えばφ・＝Δφ／Δｔとして表し得る。したがって、物体１０１の絶対屈折率を決定するためには、光周波数が特定の範囲Δνにわたって調整される期間と同じ期間の間に、式１６の個々の位相の総変化を計算することのみが必要となる。同様に、物体１０１の絶対的な物理的厚さを決定するためには、光周波数が特定の範囲Δνにわたって調整される期間と同じ期間の間に、式１７の個々の位相の総変化を計算することのみが必要とする。   In equations 16 and 17, both the numerator and denominator have coefficients of velocity. Typically, the velocity can be expressed as a differential equation, for example φ · = Δφ / Δt. Therefore, to determine the absolute refractive index of the object 101, it is only necessary to calculate the total change in the individual phases of Equation 16 during the same period as the optical frequency is adjusted over a specific range Δν. It becomes. Similarly, to determine the absolute physical thickness of the object 101, the total change in the individual phases of Equation 17 is calculated during the same period that the optical frequency is adjusted over a specific range Δν. You only need to do it.

光周波数モニタは光周波数Δνを決定するために使用可能である。位相変化はスライディング・ウインド位相分析として公知のフーリエ位相抽出技術により決定可能であり、この技術により、位相は、データのウインド化サブセットのフーリエ分析から抽出され、ウインドとして決定される位相の展開が、全データセットにわたる時間内にスライドされる。したがって、これは、相対的な光学的厚さの測定に対して使用されるものより大きなデータセットを典型的に必要とする。   An optical frequency monitor can be used to determine the optical frequency Δν. The phase change can be determined by a Fourier phase extraction technique known as sliding window phase analysis, whereby the phase is extracted from the Fourier analysis of the windowed subset of the data, and the phase evolution determined as the window is Slides in time across the entire data set. Thus, this typically requires a larger data set than that used for relative optical thickness measurements.

光周波数モニタの実施は、反復可能な調整特性及び光周波数ランプの実時間制御のためのフィードバック信号に対する次元安定性を含み得る。更に、モニタは、最長の干渉計キャビティに対して十分に精細な分解能を有し、全調整領域にわたって光周波数を追跡すべきである。   Implementation of the optical frequency monitor may include repeatable tuning characteristics and dimensional stability to the feedback signal for real-time control of the optical frequency lamp. Furthermore, the monitor should have sufficiently fine resolution for the longest interferometer cavity and should track the optical frequency over the entire tuning area.

上記したように、光周波数モニタ（本明細書では波長モニタとも呼ぶ）は、式１７における周波数調整Δνを決定するために使用可能である。更に、式３に基づく実施形態において、周波数調整速度ν・の正確な認識は、光周波数モニタを使用して決定可能であり、そのため、基本キャビティの絶対的な光学的厚さは、それに対応する第１次周波数から決定可能である。周波数のモニタリングは、公知のＯＰＬを持つモニタキャビティにより提供可能である。   As described above, an optical frequency monitor (also referred to herein as a wavelength monitor) can be used to determine the frequency adjustment Δν in Equation 17. Furthermore, in the embodiment based on Equation 3, the exact recognition of the frequency adjustment rate ν · can be determined using an optical frequency monitor, so that the absolute optical thickness of the basic cavity corresponds to it. It can be determined from the primary frequency. Frequency monitoring can be provided by a monitor cavity with a known OPL.

モニタキャビティがＤ_Mにより与えられる光学的間隙を有し、調整の間に位相変化φ_Mが生じると仮定すれば、式１７は以下のように書き替えられる。 _Assuming that the monitor cavity has an optical gap given by D _M and a phase change φ _M occurs during adjustment, Equation 17 can be rewritten as:

モニタキャビティは、式５において上記したＤＦＴ評価に対する線形調整の要件を付加的に緩和可能である。これは、モニタ位相変化から直接的に各サンプル間の位相シフト漸増分を計算することにより達成される。例えば、Ｄ_TのＯＰＬを有する試験キャビティ及びＤ_Mの固定ＯＰＬを有するモニタキャビティを考える。試験位相を測定するために使用されるＤＦＴは、

The monitor cavity can additionally relax the linear adjustment requirements for DFT evaluation described above in Equation 5. This is accomplished by calculating the phase shift increment between each sample directly from the monitor phase change. For example, consider a test cavity having a D _T OPL and a monitor cavity having a D _M fixed OPL. The DFT used to measure the test phase is

となり、ここで、Δφ_Tjは時間サンプルｊについての試験キャビティの干渉分析上の全体的な位相シフトである。一定の光学的調整速度ν・については、

Where Δφ _Tj is the overall phase shift on the interference analysis of the test cavity for time sample j. For a constant optical adjustment speed ν

不定のν・については、時間サンプルｊについての試験キャビティの干渉分析上の位相シフトを以下の式を介してのモニタから決定可能である。

For indefinite v ·, the phase shift in the test cavity interference analysis for time sample j can be determined from the monitor via the following equation:

式１９〜２１により、変換されたＦＴＰＳＩデータの周波数スペクトルが光路長スペクトルと同等であることが認識される。モニタキャビティ信号の位相を直接測定することにより、ＦＴＰＳＩデータをＯＰＬ領域に直接変換することが可能となる。これは、波長調整上、線形性の式４及び５による要件を更に引上げる。ＯＰＬ変換（ＯＰＬＴ）として呼ばれるＦＴＰＳＩデータのＯＰＬへの直接変換は、以下のように形式化される。フーリエ変換の積分表現で開始する。

From Equations 19 to 21, it is recognized that the frequency spectrum of the converted FTPSI data is equivalent to the optical path length spectrum. By directly measuring the phase of the monitor cavity signal, FTPSI data can be directly converted to the OPL region. This further raises the requirements of linearity equations 4 and 5 for wavelength tuning. Direct conversion of FTPSI data to OPL, called OPL conversion (OPLT), is formalized as follows. Start with an integral representation of the Fourier transform.

ここで、Ｉ（ｔ）は強度変化であり、Ｗ（ｔ）はウインド関数であり、ｆは分析されている周波数である。干渉計において、周波数ｆは以下の式により与えられる試験キャビティ干渉周波数である。

Where I (t) is the intensity change, W (t) is the window function, and f is the frequency being analyzed. In the interferometer, the frequency f is the test cavity interference frequency given by:

ここで、Ｄ_Tは試験キャビティのＯＰＬである。既知の固定ＯＰＬであるＤ_Mを有するモニタキャビティを含むＦＴＰＳＩ装置を考える。モニタにより、両キャビティに共通であるν・を測定することができる。

Where D _T is the OPL of the test cavity. Consider the FTPSI device including a monitor cavity having a D _M is the known fixed OPL. The monitor can measure ν · common to both cavities.

式２２、２３、及び、２４を結合すると、以下を得る。

Combining Equations 22, 23, and 24 yields:

モニタ位相展開φ_Mが、

Monitor phase expansion φ _M

であり、変数の変更ｔ→φ_Mに影響を与えることに注目すると、

And that it affects the variable change t → φ _M ,

連続時間から離散時間信号に変換すると、ＯＰＬＴを得る。

When converted from a continuous time to a discrete time signal, an OPLT is obtained.

線形波長調整の場合と同様に、今、ＯＰＬスペクトルＳは、以下の式を介して試験キャビティ内の単一の画素（較正画素）の強度時間履歴から生成可能である。

As with the linear wavelength adjustment, the OPL spectrum S can now be generated from the intensity time history of a single pixel (calibration pixel) in the test cavity via the following equation:

各ピークは特定のキャビティのＯＰＬに対応する。一旦スペクトル中のピークが認識されると、特定のＯＰＬピーク位置における各画素における位相により、対応するキャビティの空間的位相変化が決定される。空間的位相変化は、試験領域内の各画素について、以下の式を使用して式４と同様に計算される。

Each peak corresponds to an OPL for a particular cavity. Once a peak in the spectrum is recognized, the phase at each pixel at a particular OPL peak position determines the spatial phase change of the corresponding cavity. The spatial phase change is calculated for each pixel in the test area in the same way as Equation 4 using the following equation:

ここで、ａｒｇ［ＯＰＬＴ（Ｄ_T）］は、Ｄ_TにおけるＯＰＬピークの複素振幅位相を戻す関数を指す。

Here, arg [OPLT (D _T )] refers to a function that returns the complex amplitude phase of the OPL peak at D _T.

ＦＴＰＳＩアルゴリズムは、一定のビーム強度を仮定する。ビーム強度が多くの内部及び外部パラメータ、例えばドライブ電流、及び／又は、温度に応じて変化するために、多くの光源に対しては、これは近似となる。ＦＴＰＳＩの空間的選択性に起因して、これは、変化の周波数内容が関心の対象である干渉周波数から十分に離れている限り、ほとんどのＰＳＩアルゴリズムよりも強度変化に対して低感度であり得る。分析の間にエラーのこの潜在的発生源を排除することも可能である。先ず注意すべきことは、２つの干渉電場振幅ａ及びｂに共通の（実部）振幅変化ｒが与えられれば、干渉はｒ²に比例するということである。すなわち、 The FTPSI algorithm assumes a constant beam intensity. For many light sources, this is an approximation because the beam intensity varies with many internal and external parameters, such as drive current and / or temperature. Due to the spatial selectivity of FTPSI, this can be less sensitive to intensity changes than most PSI algorithms as long as the frequency content of the change is sufficiently far from the interference frequency of interest. . It is also possible to eliminate this potential source of error during analysis. First, it should be noted that if a common (real part) amplitude change r is given to the two interference electric field amplitudes a and b, the interference is proportional to r ² . That is,

そのため、この変化を測定可能であれば、これを分割することは簡単である。標準的な光検出器トランスインピーダンス増幅器モデルにより、これをどのようにして行うかの見通しが提供される。標準的なモデルは、生成された光電流ｉ₀及び（一定の）漏れ電流ｉ_Lが、固定トランスインピーダンス利得Ｇにより増倍され、観測される電圧を生成することを仮定する。すなわち、

Therefore, if this change can be measured, it is easy to divide it. A standard photodetector transimpedance amplifier model provides a perspective on how to do this. The standard model assumes that the generated photocurrent i ₀ and the (constant) leakage current i _L are multiplied by a fixed transimpedance gain G to produce the observed voltage. That is,

第２項はペデスタルと呼ぶ固定電圧オフセットをもたらす。ここで、デジタル化工程により、ペデスタルに追加可能である付加の固定オフセットが最大でも生成されることが仮定される。

The second term results in a fixed voltage offset called the pedestal. Here, it is assumed that the digitization process generates at most additional fixed offsets that can be added to the pedestal.

ビームが干渉計キャビティに入射する前にビームをサンプリングすることにより、モニタ検出器がビーム強度変化Ｖ_M（ｔ）を測定するものと仮定する。調整された光源を使用して検出器をサンプリングすることで、ペデスタルＯ_Mが測定される。したがって、キャビティ検出器（すなわち、カメラ１７０）により測定される干渉信号Ｓ（ｔ）は、以下の式を介してビーム強度変化について訂正することが可能である。 Assume that the monitor detector measures the beam intensity change V _M (t) by sampling the beam before it enters the interferometer cavity. By sampling the detector using the adjusted light source, pedestal O _M is measured. Thus, the interference signal S (t) measured by the cavity detector (ie, camera 170) can be corrected for beam intensity changes via the following equation:

ここで、Ｐはキャビティ検出器のペデスタルである。この公式では、強度モニタ及びキャビティ検出器の双方のペデスタルが測定され、それらは、調整されたレーザを使用してデータを得ることにより同時に取得可能であることが必要となる。式３３では、Ｖ_M（ｔ）の値に依存してキャビティデータが再スケールされることに注意されたい。これは、位相及び周波数（ＯＰＬ）の情報は、通常はスケールに依存するため、ＦＴＰＳＩ分析にとっては問題ではない。しかし、光レベル制御及び画素飽和チェックなどの基本的な機器機能のいくつかはスケールに依存し得る。これらの機能については、式３３の適用を進めるべきである。

Here, P is the pedestal of the cavity detector. This formula requires that the pedestals of both the intensity monitor and the cavity detector are measured and that they can be acquired simultaneously by acquiring data using a tuned laser. Note that in Equation 33, the cavity data is rescaled depending on the value of V _M (t). This is not a problem for FTPSI analysis because phase and frequency (OPL) information is usually scale dependent. However, some of the basic instrument functions such as light level control and pixel saturation check can be scale dependent. For these functions, the application of Equation 33 should proceed.

ある実施形態において、強度変化情報は波長モニタから取得可能であり、これは、独立した強度検出器に対する必要性を排除し得る。波長調整における強度変化の時間依存性がキャビティ干渉信号を再現する状況では、波長モニタは、これらの変化がモニタキャビティ干渉の時間依存性から十分に離れている時間依存性と共に発生する限り、強度変化を測定する方法を提供する。固定長干渉キャビティから構成されるモニタを考える。調整中のモニタコントラストＣ（ｔ）の時間依存性は、以下の式を介して（例えば、スライディング・ウインド離散フーリエ変換分析により）決定可能である。   In certain embodiments, intensity change information can be obtained from a wavelength monitor, which can eliminate the need for an independent intensity detector. In situations where the time dependence of the intensity change in wavelength adjustment reproduces the cavity interference signal, the wavelength monitor will change the intensity as long as these changes occur with a time dependence that is well away from the time dependence of the monitor cavity interference. Provide a method of measuring. Consider a monitor consisting of a fixed length interference cavity. The time dependence of the monitor contrast C (t) during adjustment can be determined via the following equation (eg, by sliding window discrete Fourier transform analysis).

ここで、ｆ_Sはサンプル周波数であり、Ｎ個の点がサブアパーチャ・フーリエ・ウインドにおいて使用され、Ｗ_jはウインド係数であり、ｆ（ｔ）は干渉の時間依存周波数である。基準及び試験の両ビームともに同一に影響を受けると仮定すれば、コントラスト関数Ｃ（ｔ）は強度変化に比例し、この変化について訂正するために使用可能である。このために、強度依存干渉信号を以下の式に定義する。

Where f _S is the sample frequency, N points are used in the sub-aperture Fourier window, W _j is the window coefficient, and f (t) is the time-dependent frequency of interference. Given that both the reference and test beams are equally affected, the contrast function C (t) is proportional to the intensity change and can be used to correct for this change. For this purpose, the intensity-dependent interference signal is defined by the following equation.

かつ、全ての分析（式２９及び３０）におけるＩ_jの代わりにこの信号を使用する。

And use this signal instead of I _j in all analyzes (Equations 29 and 30).

光周波数モニタは、システム１００の光路のいずれの部分に含ませるようにしてもよい（図１を参照）。例えば、モニタキャビティは、測定物体１０１の前、後ろ、又は、周囲に置かれる２つの基準表面に対応可能である。特に、例えば、モニタキャビティは、基準平面１２０、１１０により規定されるキャビティ１２１：１１１とし得る。代わりに、ビームスプリッタを配置して、光源１４０からの光の小さな部分を独立したモニタキャビティに直接指向するようにしてもよい。   The optical frequency monitor may be included in any part of the optical path of the system 100 (see FIG. 1). For example, the monitor cavity can correspond to two reference surfaces placed in front of, behind or around the measurement object 101. In particular, for example, the monitor cavity may be a cavity 121: 111 defined by the reference planes 120,110. Alternatively, a beam splitter may be arranged to direct a small portion of the light from the light source 140 directly to an independent monitor cavity.

光周波数モニタの例として、モニタ５００を図３に示す。モニタ５００は、高安定性平面ミラー干渉計（ＨＳＰＭＩ）５０１及び直交検出器５０５を含むホモダイン干渉計である。ＨＳＰＭＩ５０１は、偏光ビームスプリッタ５２０、反射器５１５、５４０、４分の１波長板５１４、５１６、コーナーキューブ後方反射器５２１、及び、ルーフプリズム（又は、スプリット後方反射器）５２２を含む。直交検出器５０５は、４つの検出器５９０、５９１、５９２、５９３、ビームスプリッタ５７０、偏光ビームスプリッタ５６０、５８０、及び４分の１波長板５５０を含む。組立体全体は低膨張板、例えば、ゼロデュア（Ｚｅｒｏｄｕｒ）又はインバー（Ｉｎｖａｒ）から形成されたものに理想的に搭載される。必要であれば、板は、抵抗加熱素子を使用して熱的に制御可能である。   As an example of the optical frequency monitor, a monitor 500 is shown in FIG. The monitor 500 is a homodyne interferometer including a high stability plane mirror interferometer (HSPMI) 501 and a quadrature detector 505. The HSPMI 501 includes a polarizing beam splitter 520, reflectors 515, 540, quarter wave plates 514, 516, a corner cube back reflector 521, and a roof prism (or split back reflector) 522. The quadrature detector 505 includes four detectors 590, 591, 592, 593, a beam splitter 570, polarizing beam splitters 560, 580, and a quarter wave plate 550. The entire assembly is ideally mounted on a low expansion plate, such as one formed from Zerodur or Invar. If necessary, the plate can be thermally controlled using resistance heating elements.

光源１４０からの偏光された入力ビームは、反射器５１１を介してＨＳＰＭＩ５０１に指向される。ルーフプリズム５２２は、頁面の下方に配置され、干渉計への入力ビームがルーフプリズム５２２を通過する。ある実施形態において、入力ビームは４５°で線形的に偏光されるか、又は、円偏光され得る。ビームスプリッタ５２０は、入力ビームを直交偏光された基準及び測定ビームに分割する。基準ビームは、ルーフプリズム５２２に指向される前にミラー５１５とキューブコーナー後方反射器５２１の間で２回指向される。同様に、測定ビームは、ミラー５４０とキューブコーナー後方反射器５２１の間で２回指向される。それぞれミラー５１５、５４０への第２の通過に続いて、キューブコーナー後方反射器５２１は、ルーフプリズム５２２の平面への基準及び測定ビームを下げ、これにより、ビームはミラー５１５、５４０へ２回の追加の通過を行う。その後、ビームは出力ビームに再合成され、これは直交検出器５０５に指向される。   The polarized input beam from the light source 140 is directed to the HSPMI 501 through the reflector 511. The roof prism 522 is disposed below the page surface, and an input beam to the interferometer passes through the roof prism 522. In certain embodiments, the input beam may be linearly polarized at 45 ° or circularly polarized. Beam splitter 520 splits the input beam into orthogonally polarized reference and measurement beams. The reference beam is directed twice between mirror 515 and cube corner back reflector 521 before being directed to roof prism 522. Similarly, the measurement beam is directed twice between mirror 540 and cube corner back reflector 521. Following the second pass to mirrors 515, 540, respectively, cube corner back reflector 521 lowers the reference and measurement beam to the plane of roof prism 522, which causes the beam to pass to mirrors 515, 540 twice. Make additional passes. The beam is then recombined into an output beam that is directed to the quadrature detector 505.

直交検出器５０５のビーム分割面は、ＨＳＰＭＩ５０１から照射される２つの偏光に対して４５°に配向される。これにより偏光が混合され、モニタのＯＰＬ及び光周波数調整速度に比例する干渉信号を含むビームが生成される。直交検出器５０５は、各々の干渉位相が９０度だけずらされた干渉ビームの４つのレプリカを生成する。調整の間、各レプリカの強度Ｄ_x（ここで、ｘは検出器を指す）をモニタすることにより、モニタキャビティの位相は、以下のように決定可能である。 The beam splitting surface of the orthogonal detector 505 is oriented at 45 ° with respect to the two polarized lights irradiated from the HSPMI 501. This mixes the polarization and produces a beam containing an interference signal proportional to the monitor OPL and optical frequency adjustment speed. The quadrature detector 505 generates four replicas of the interference beam with each interference phase shifted by 90 degrees. By monitoring the intensity D _{x of} each replica (where x refers to the detector) during tuning, the phase of the monitor cavity can be determined as follows:

これから各時間サンプルにおける干渉分析上の位相全体を決定可能である。

From this it is possible to determine the entire phase on the interference analysis at each time sample.

他の実施形態において、光周波数モニタは上記したホモダイン干渉計に限定されない。一般に、光周波数及び光周波数調整速度をＦＴＰＳＩ測定工程中に必要な精度に決定可能であるいずれのモニタも、許容可能である。例えば、ヘテロダイン干渉計はこの機能を実行可能である。   In other embodiments, the optical frequency monitor is not limited to the homodyne interferometer described above. In general, any monitor that can determine the optical frequency and optical frequency adjustment speed to the required accuracy during the FTPSI measurement process is acceptable. For example, a heterodyne interferometer can perform this function.

全ての実施形態において、関心の対象である第１次周波数が、複数の干渉キャビティにより発生される周波数を含めて（式３において、ｐ＞１）、干渉計により発生された他の全ての干渉周波数から独立していることは重要である。これは、干渉計の特定の幾何学的形状により達成される。以下は、第２次に対する全ての周波数（式３において、ｐ＝２）についての十分な独立を確実にする干渉計の幾何学的形状を特定するための手順を概説する。４表面干渉計が例として使用されるが、手順はいずれの数の表面を有する干渉計にも適用可能である。   In all embodiments, all other interferences generated by the interferometer, where the primary frequency of interest includes frequencies generated by multiple interference cavities (p> 1 in Equation 3). It is important to be independent of frequency. This is achieved by the specific geometry of the interferometer. The following outlines a procedure for identifying interferometer geometry that ensures sufficient independence for all frequencies for the second order (p = 2 in Equation 3). A four-surface interferometer is used as an example, but the procedure is applicable to interferometers with any number of surfaces.

システム１００の４表面キャビティを考える。４つの表面は、１４個の位相幾何学的に区別されるビーム経路から６つの第１次周波数と２７の第２次周波数とを生成する。２７の第２次周波数うちの６つは、第１次周波数と同一であり、分離不可能であるが、これらは位相評価に対する直流シフト全体のみに影響を与える。第１次周波数は、全てが独立ではなく、そのため、６つの全てを測定する必要はないが、一般に、全ての６つの周波数は、近隣の第２次周波数及び互いの干渉を最小化するために設けられる。主要な間隙に関しては、６つの第１次キャビティ及び２１の異なる第２次キャビティに対する効果的なＯＰＬは、図４に示す表の第２欄から得られる。同表から得られる間隙は、干渉周波数を得るために式３と共に使用可能である。   Consider the four-surface cavity of system 100. The four surfaces generate 6 primary frequencies and 27 secondary frequencies from 14 topologically distinct beam paths. Six of the 27 secondary frequencies are identical to the primary frequencies and are not separable, but they only affect the overall DC shift for phase estimation. The primary frequencies are not all independent, so it is not necessary to measure all six, but in general, all six frequencies are used to minimize neighboring secondary frequencies and interference with each other. Provided. With respect to the main gap, the effective OPL for the six primary cavities and 21 different secondary cavities is obtained from the second column of the table shown in FIG. The gap obtained from the table can be used with Equation 3 to obtain the interference frequency.

式７に定義するように、最低分解可能ＯＰＬであるΓに関して主要ＯＰＬを表記することは便利である。速度ｑを以下のように定義する。   As defined in Equation 7, it is convenient to denote the principal OPL with respect to Γ, which is the lowest resolvable OPL. The speed q is defined as follows.

また、物体１０１の光学的厚さｎＴに対するそれぞれ主要の間隙１２５、１１５の長さＬ₁、Ｌ₂の比は、以下のように表記可能である。

Further, the ratio of the lengths L ₁ and L ₂ of the main gaps 125 and 115 to the optical thickness nT of the object 101 can be expressed as follows.

式３、６、及び、７を使用して、ｆ_minに関して干渉周波数ｆ_Cを正規化可能であり、これらの正規化された周波数をｒ及びｑの関数として表記可能である。３表面キャビティについての正規化された独立第１次及び第２次周波数は、図４の表の第３欄にリスト化されている。全てのこれらの周波数はｑと対応し、そのため、調整範囲はこの依存性を打ち消すように調整される。すなわち、

Using Equations 3, 6, and 7, the interference frequency f _C can be normalized with respect to f _min and these normalized frequencies can be expressed as a function of r and q. The normalized independent first and second order frequencies for the three surface cavities are listed in the third column of the table of FIG. All these frequencies correspond to q, so the adjustment range is adjusted to negate this dependency. That is,

ｎＴが最小の光学的間隙であると仮定した場合、第１次周波数からの第２次の分離を最大化するものより大きなｒ及びｓの値をサーチすることで、ｒ＝３、ｓ＝９が一つのそのような組合せであることが明らかとなる。一般に、完全な分析は、光学的キャビティの幾何学的形状が、いずれの２つの主要な間隙の光路長の比が固有の３の累乗である幾何学的形状であることを示す。異なる主要な間隙が最小であると仮定される場合、同様の分析となる。

Assuming that nT is the minimum optical gap, r = 3, s = 9 by searching for larger r and s values than those that maximize the second order separation from the first frequency. Is one such combination. In general, a complete analysis shows that the geometry of the optical cavity is a geometry where the ratio of the optical path lengths of any two major gaps is a unique power of three. A similar analysis is made if the different major gaps are assumed to be minimal.

ここで、調整範囲Δν及び間隙Ｌ₁及びＬ₂が固定され、取得すべきサンプル数Ｎを決定することのみが残っている。これは、より低い周波数に対してエイリアシングされた後の最大の第２次周波数（すなわち、（４Ｌ₁＋４ｎＴ＋４Ｌ₂）のＯＰＬに対応する（４ｒ＋４＋４ｓ）ｑ）が少なくともスペクトル分解能限界の２倍だけ最大の第１次周波数より大きくなるように、選択される。この制約は、４表面キャビティについて以下の式を予測する。 Here, the adjustment range Δν and the gaps L ₁ and L ₂ are fixed, and it remains only to determine the number N of samples to be acquired. This is because the maximum secondary frequency after aliasing for lower frequencies (ie, (4r + 4 + 4s) q corresponding to (4L ₁ + 4nT + 4L ₂ ) OPL) is at least twice the spectral resolution limit. It is selected to be greater than the primary frequency. This constraint predicts the following equation for a four surface cavity:

この式は、例えばμ＝０であれば、８０のサンプルに対して数値を求める。

For example, if μ = 0, numerical values are obtained for 80 samples.

式３９及び４０は、ｒ＝３及びｓ＝９の時、両者で最適なキャビティの幾何学的形状及び第１次周波数を定義する。図５はこの構成に対して予測された干渉スペクトル３１０を示す。第１次と第２次のピーク間の優れた分離を強調するために、第２次キャビティ周波数３２０のスペクトルも示す。   Equations 39 and 40 define the optimal cavity geometry and first order frequency for both when r = 3 and s = 9. FIG. 5 shows the predicted interference spectrum 310 for this configuration. The spectrum of the secondary cavity frequency 320 is also shown to highlight the excellent separation between the primary and secondary peaks.

一般に、最適な第１次周波数の分離をもたらすような、４表面キャビティの非常に多くの可能な配置構成がある。これらは、比ｒ及びｓがそれぞれ３^x及び３^yであり、ｘ及びｙが整数であり、かつ、ｘ≠ｙ≠０であるキャビティに対応する。他の可能な構成としては、ｒ及びｓがともに１より大きな定数によりスケール化される。 In general, there are a large number of possible arrangements of four-surface cavities that provide optimal primary frequency separation. These correspond to cavities where the ratios r and s are 3 ^x and 3 ^y respectively, x and y are integers and x ≠ y ≠ 0. Another possible configuration is that both r and s are scaled by a constant greater than one.

本発明は、最適な構成を有するキャビティ表面の構成に限定されない。ある実施形態において、基本キャビティのいくつか（例えば、関心の対象であるキャビティ）は、最適に構成される。他の基本キャビティは非最適に構成される。例えば、他の基本キャビティは、関心の対象であるキャビティのＯＰＬとは実質的に異なる非最適ＯＰＬを有するように配置可能である。   The present invention is not limited to a cavity surface configuration having an optimal configuration. In certain embodiments, some of the basic cavities (eg, cavities of interest) are optimally configured. Other basic cavities are non-optimally configured. For example, other basic cavities can be arranged to have a non-optimal OPL that is substantially different from the OPL of the cavity of interest.

上記の説明において、ＦＴＰＳＩは２表面、３表面、及び４表面のキャビティを参照して説明した。しかし、本発明はそのようには限定されない。この分析は、いくつかの表面数を持つキャビティにも拡張可能である。任意の表面数を持つキャビティも各表面対に対応する基本２表面キャビティの組合せに単純化可能である。関心の対象である２表面キャビティに対応する位相シフトの周波数が分解され、かつ、他の周波数から十分に独立される限り、分析はそのキャビティについての有用な情報を生成する。   In the above description, FTPSI has been described with reference to two-surface, three-surface, and four-surface cavities. However, the present invention is not so limited. This analysis can be extended to cavities with several surface numbers. A cavity with any number of surfaces can be simplified to a combination of basic two-surface cavities corresponding to each surface pair. As long as the phase shift frequency corresponding to the two-surface cavity of interest is resolved and is sufficiently independent of other frequencies, the analysis produces useful information about that cavity.

位相シフト干渉分析システム用の光源は、ガス、固体、調整可能な色素、又は、半導体のレーザとし得る。光源は調整可能な狭帯域スペクトルフィルタを備える白色光源ともし得る。更に、ある実施形態において、光源は、複数の公称光周波数で動作して、抽出された位相プロファイルにおける位相サイクルの不確定性を解消することが可能である。例えば、光源はＨｅＮｅ、アルゴン、又は、半導体のレーザの複数の輝線間で、又は、市販の調整可能な電気通信用レーザの異なるＩＴＵグリッド周波数間で調整可能に動作する。同様に、ある実施形態において、光源は光ファイバにより干渉計に接続可能である。光源の光周波数調整は、光源に対して内部又は外部で行うことが可能である。例えば、レーザ光源のキャビティ長は、レーザ出力の光周波数を調整するために熱的に、又は、圧電−機械的に調節可能である。同様に、レーザ光源の利得媒体への注入電流は、レーザ出力の光周波数を調整するために変調可能である。代わりに、例えば、光源の光周波数出力は、音響光学的、電子光学的、又は、光機械的な変調により外部で調整可能である。   The light source for the phase shift interferometry system can be a gas, solid, tunable dye, or semiconductor laser. The light source can also be a white light source with an adjustable narrow band spectral filter. Further, in certain embodiments, the light source can operate at multiple nominal optical frequencies to eliminate phase cycle uncertainty in the extracted phase profile. For example, the light source can be tuned between multiple emission lines of HeNe, Argon, or semiconductor lasers, or between different ITU grid frequencies of commercially available tunable telecommunications lasers. Similarly, in some embodiments, the light source can be connected to the interferometer by an optical fiber. The optical frequency adjustment of the light source can be performed inside or outside the light source. For example, the cavity length of the laser light source can be adjusted thermally or piezo-mechanically to adjust the optical frequency of the laser output. Similarly, the injection current into the gain medium of the laser light source can be modulated to adjust the optical frequency of the laser output. Instead, for example, the optical frequency output of the light source can be adjusted externally by acousto-optic, electro-optic or opto-mechanical modulation.

ある実施形態において、ＰＳＩシステムのための光源は、偏光された光源（例えば、線形的に偏光された光）とし得る。例えば、システム１００は、光源からの光を偏光させるために偏光素子を含み得る。上記した測定技術の各々は、光の偏光状態に応じて行い得る。例えば、屈折率測定技術は、複数の異なる既知の偏光状態（少なくとも２つの偏光状態、例えば、直交偏光状態）に対して行い得る。偏光機能としての物体１０１の屈折率、光学的厚さ、又は、相対的な光学的厚さの変化は、物体１０１の光学異方性に関連付けられ得る。したがって、ある実施形態において、ＦＴＰＳＩ技術は、試験物体又はキャビティの光学異方性（例えば、複屈折や二色性など）を特徴付けるために使用可能である。   In certain embodiments, the light source for the PSI system may be a polarized light source (eg, linearly polarized light). For example, system 100 can include a polarizing element to polarize light from a light source. Each of the measurement techniques described above can be performed according to the polarization state of the light. For example, the refractive index measurement technique can be performed for a plurality of different known polarization states (at least two polarization states, eg, orthogonal polarization states). Changes in the refractive index, optical thickness, or relative optical thickness of the object 101 as a polarization function can be related to the optical anisotropy of the object 101. Thus, in certain embodiments, FTPSI technology can be used to characterize the optical anisotropy (eg, birefringence, dichroism, etc.) of a test object or cavity.

ある実施形態において、光の絶対波長を知ることは重要である。例えば、相対的な測定において、プロファイルにおけるエラーは波長におけるエラーに直接比例する。電気通信用レーザ（例えば、１５５０ｎｍのダイオードレーザ）を使用する時、レーザモジュールは、レーザをＩＴＵ（国際電気通信連合）グリッド内の特定の波長にロックする「モードロッカ」と呼ばれるデバイスを含む。典型的な絶対精度は、一般的に十分に正確な＋／−１ＧＨｚ（５ｐｐｍの精度）である。   In certain embodiments, it is important to know the absolute wavelength of light. For example, in relative measurements, the error in the profile is directly proportional to the error in wavelength. When using a telecommunications laser (eg, a 1550 nm diode laser), the laser module includes a device called a “mode locker” that locks the laser to a specific wavelength within an ITU (International Telecommunication Union) grid. Typical absolute accuracy is generally sufficiently accurate +/- 1 GHz (5 ppm accuracy).

波長調整により絶対長さを測定する能力は、絶対波長を測定するために使用可能である。これは以下の例の方法により説明される。第一に、２表面キャビティの絶対長さを測定し、続いて、干渉の位相の変化を追跡しつつ（例えば、干渉縞を計数する）、キャビティ長を変更する。一旦キャビティの絶対長さが分かれば、キャビティの絶対長さを再び測定する。キャビティ長が変更された時間の間の波長は、以下の式により与えられる。   The ability to measure absolute length by wavelength adjustment can be used to measure absolute wavelength. This is illustrated by the following example method. First, the absolute length of the two-surface cavity is measured, and then the cavity length is changed while tracking the phase change of the interference (eg, counting interference fringes). Once the absolute length of the cavity is known, the absolute length of the cavity is measured again. The wavelength during the time when the cavity length was changed is given by the following equation:

更に、図１の位相シフトシステム１００はフィゾー干渉計を含むが、他の実施形態は、トワイマン−グリーン、マッハ−ツェンダ、マイケルソン、ファブリ−ペロ、及び、かすめ入射又は不平衡ミラウなどの様々なタイプの干渉計を採用可能である。同様に、干渉計は大口径、顕微鏡、又は、光ファイバセンサの各干渉計とし得る。

Further, although the phase shift system 100 of FIG. 1 includes a Fizeau interferometer, other embodiments include various methods such as Twiman-Green, Mach-Zehnder, Michelson, Fabry-Perot, and grazing incidence or unbalanced mirau. A type of interferometer can be employed. Similarly, the interferometer can be a large aperture, microscope, or fiber optic sensor interferometer.

一般に、測定物体は多くの形態を取り得る。例えば、測定物体は光学的平面、フォトマスク、平面パネルディスプレイ、又は、（赤外発光を含み得る）シリコンウェハとし得る。更に、測定物体は浸炭光学的、又は、空間光学組立体とし得る。測定物体は、球面又は非球面のドーム、コンタクトレンズ、メニスカスレンズ、又は、眼鏡レンズともし得、又は、これらを含み得る。典型的に、測定物体は光源の波長で透明又は部分的に透明である。より一般的に、測定物体は、その物体の表面及び／又は大きさの特徴に関する光学的情報を提供するいずれの構造、例えば微細加工されたシリコンである。光学的情報は、測定物体の選択された表面の表面形状に、又は、測定物体の全て又は選択された部分の屈折率均一性を含む光学的プロファイルに関連し得る。様々な測定物体の例は以下に詳細に検討する。   In general, the measurement object can take many forms. For example, the measurement object may be an optical plane, a photomask, a flat panel display, or a silicon wafer (which may include infrared emission). Furthermore, the measuring object can be a carburized optical or a spatial optical assembly. The measurement object may be or include a spherical or aspherical dome, contact lens, meniscus lens, or spectacle lens. Typically, the measurement object is transparent or partially transparent at the wavelength of the light source. More generally, the measurement object is any structure that provides optical information regarding the surface and / or size characteristics of the object, such as microfabricated silicon. The optical information may relate to the surface shape of a selected surface of the measurement object or to an optical profile that includes refractive index uniformity of all or a selected portion of the measurement object. Examples of various measurement objects are discussed in detail below.

更に、上記した分析で使用される周波数変換はフーリエ変換であるが、本発明はそれに限定されない。実施形態は、同様に、ヒルベルト変換などの他のタイプの周波数変換も実施可能である。   Furthermore, although the frequency transform used in the above analysis is a Fourier transform, the present invention is not limited thereto. Embodiments can also implement other types of frequency transforms, such as a Hilbert transform, as well.

上記の例は光周波数調整による干渉信号の位相シフトを説明しているが、本発明の実施形態はそれに限定されない。一般に、干渉信号は、異なる周波数における異なる光路長のキャビティからのものを調節するいずれかの方法を使用して位相シフトし得る。例えば、干渉信号は、キャビティを照射する光ビームの傾斜角を変化させることにより位相シフトし得る。そのような位相シフト方法を利用する実施形態は、２００１年５月３日出願の「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ａｒｔｉｆａｃｔｓ」と題された当出願人と共有される米国特許出願第０９／８４８，０５５号に説明されるものを含み、これは全体を本願明細書に援用する。このような実施形態の例を説明する。   The above example describes the phase shift of the interference signal by adjusting the optical frequency, but the embodiment of the present invention is not limited thereto. In general, the interference signal may be phase shifted using any method that adjusts from cavities of different optical path lengths at different frequencies. For example, the interference signal may be phase shifted by changing the tilt angle of the light beam that illuminates the cavity. An embodiment utilizing such a phase shifting method is described in U.S. Patent Application No. 09/09/09, filed with the applicant entitled “Apparatus and Methods for Reducing the Effects of Coherent Artifacts” filed May 3, 2001. No. 848,055, which is incorporated herein in its entirety. An example of such an embodiment will be described.

図６を参照すると、フィゾー形状を持つ干渉計６００のＯＰＬは、発光源点の原点の位置ｄに依存する。干渉計６１００は、キャビティ長Ｌ及びコリメータ焦点長さｆを有する。照射ビームの傾斜角αは、小さなαに対しては   Referring to FIG. 6, the OPL of the Fizeau-shaped interferometer 600 depends on the origin position d of the light emission source point. Interferometer 6100 has a cavity length L and a collimator focal length f. The tilt angle α of the irradiation beam is

により近似可能である

Can be approximated by

により得られる。基準表面６１０と試験表面６２０から反射される光の間の位相差Δφは、フィゾーキャビティ内のＯＰＬならびに光の波長の関数である。ＯＰＬはキャビティを含む２つの表面間の距離Ｌならびに傾斜角αから決定される。以下が適用される。

Is obtained. The phase difference Δφ between the light reflected from the reference surface 610 and the test surface 620 is a function of the OPL in the Fizeau cavity as well as the wavelength of the light. The OPL is determined from the distance L between the two surfaces including the cavity and the tilt angle α. The following applies:

位相差Δφは変調可能であり、そのため、照射源点の位置を、及び、照射ビームの傾斜角αを変更することにより結果として得られるいかなる干渉信号も位相シフト可能である。例えば、図１の実施形態を参照すると、傾斜角は、光軸に垂直な方向に沿って光源１４０の位置を解読することにより変化可能であり、これは、レンズ１３０から発出されるコリメートされたビームの伝播方向を変化させる。トランスデューサ又はモータは、光軸に対して光源のこの横方向位置を調整するために使用可能であり、それにより、傾斜角が変化する。トランスデューサ又はモータは、光源自体の位置、又は、ビームを再指向するために使用される後続の光学機器又は複数の光学機器（例えば、ウエッジの対）の位置を調整するために使用可能である。

The phase difference Δφ can be modulated, so that any interference signal resulting from changing the position of the illumination source point and the tilt angle α of the illumination beam can be phase shifted. For example, referring to the embodiment of FIG. 1, the tilt angle can be varied by decoding the position of the light source 140 along a direction perpendicular to the optical axis, which is collimated emitted from the lens 130. Change the propagation direction of the beam. A transducer or motor can be used to adjust this lateral position of the light source relative to the optical axis, thereby changing the tilt angle. The transducer or motor can be used to adjust the position of the light source itself, or the position of a subsequent optical device or multiple optical devices (eg, a pair of wedges) that are used to redirect the beam.

第０９／８４８，０５５号出願に開示されているように、細い環状の空間的に拡張された光源は、空間的平均化によりコヒーレントなアーチファクトの影響を最小に抑えるために使用可能である。空間的平均化効果による空間的分解能において同時発生する小さな損失が許容可能である場合に、このタイプの光源もＦＴＰＳＩと共に有利に使用可能である。環状形の光源の直径の制御により、発光ビームの傾斜角を変化可能である。例えば、環状形光源は図１の実施形態において光源１４０と代替可能であり、同様に、レンズ１３０の後方焦点面に配置可能である。   As disclosed in the 09 / 848,055 application, a narrow annular spatially expanded light source can be used to minimize the effects of coherent artifacts by spatial averaging. This type of light source can also be advantageously used with FTPSI if a small loss that occurs simultaneously in spatial resolution due to the spatial averaging effect is acceptable. By controlling the diameter of the annular light source, the tilt angle of the emitted light beam can be changed. For example, an annular light source can be substituted for the light source 140 in the embodiment of FIG. 1 and can be placed in the back focal plane of the lens 130 as well.

環状形光源の実施形態は、アキシコン又は回折性の均等物を通過する収束ビームを含み得る。アキシコン又は回折性の均等物の位置を軸に関してずらせることにより、環の直径が変更される。他の実施形態はファイバ束を含む。図７を参照すると、マルチモード光ファイバ束７００は、このような光源に対して使用可能である。ファイバ束７００は、環状入射口側７１１と環状射出口側７１２とを有する。レーザ光源７０２は、レンズ系７０４を介してファイバの入射口ファセット上に結像される。レンズ系７０４は、入射角及び開口数をマルチモードファイバ７００に適合させて環状発光体７０６を生成するように制御して、その環状発光体７０６は、光学部品７０８により更に制御されてコリメートされた環７１０が提供される。例えば、レーザがマルチモードファイバ７００に入射する条件を変化させることにより、環７０６の直径を選択的に変化させることが可能となる。   An annular light source embodiment may include a focused beam that passes through an axicon or diffractive equivalent. By shifting the position of the axicon or diffractive equivalent relative to the axis, the diameter of the ring is changed. Other embodiments include fiber bundles. Referring to FIG. 7, a multimode optical fiber bundle 700 can be used for such a light source. The fiber bundle 700 has an annular entrance side 711 and an annular exit side 712. The laser light source 702 is imaged on the fiber entrance facet via the lens system 704. The lens system 704 controls the incident angle and numerical aperture to be adapted to the multimode fiber 700 to produce an annular emitter 706 that is further controlled and collimated by the optical component 708. Ring 710 is provided. For example, the diameter of the ring 706 can be selectively changed by changing the conditions under which the laser is incident on the multimode fiber 700.

上記したように、ＦＴＰＳＩは光学部品の表面プロファイル、物理的及び光学的ウエッジ、ならびに、相対的均一性などの特徴を測定するために使用可能である。これまで、本説明は上記の測定がどのように行われるかを説明するために試験物体として平行板の例を使用した。一般に、ＦＴＰＳＩは、単純及び複合光学部品を測定及び特性付けるために使用可能である。以下の説明は、ＦＴＰＳＩの機能のいくつかを示す例である。   As noted above, FTPSI can be used to measure features such as surface profile, physical and optical wedges, and relative uniformity of optical components. So far, this description has used the example of a parallel plate as a test object to explain how the above measurements are made. In general, FTPSI can be used to measure and characterize simple and composite optical components. The following description is an example showing some of the functions of FTPSI.

ＦＴＰＳＩは精密キャビティを特性付けるために使用可能である。基本キャビティを構成する表面の反射率が高い（例えば、少なくとも約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、及び、約９９％程に高い）時に、より高い次数の複数の干渉事象に移転される光学的パワーが増加し、第１次周波数の高調波におけるより強い干渉が生成される。生成された歪んだ干渉縞パターンにより、従来のＰＳＩアルゴリズムは混乱する。ＦＴＰＳＩはこれらの高調波を分離し、それにより、第１次周波数は独立して分析可能であり、表面の実質的に歪みのないプロファイルが作り出される。図８は、図９に干渉パターンが示された高精細キャビティから得られた周波数スペクトルを示す。   FTPSI can be used to characterize precision cavities. High reflectivity of the surface comprising the basic cavity (eg, at least about 10%, about 20%, about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, about 80%, about 90% , About 95%, and as high as about 99%), the optical power transferred to higher order interference events increases, producing stronger interference at the first frequency harmonics. . The generated distorted fringe pattern confuses the conventional PSI algorithm. FTPSI separates these harmonics, so that the first order frequency can be analyzed independently, creating a substantially undistorted profile of the surface. FIG. 8 shows the frequency spectrum obtained from the high-definition cavity whose interference pattern is shown in FIG.

高精細キャビティの分析において、キャビティの幾何学的形状を設定することは、エイリアシングされた周波数が第１次高調波をまたぐことを保証する上で重要である。高精細キャビティが、高調波周波数ピークのいずれかを分析すること、又は、いくつかの異なる高調波の分析からの結果の組合せ（例えば、線形的組合せ）により特性付けることが可能であることにも注目する。   In the analysis of high-definition cavities, setting the cavity geometry is important to ensure that the aliased frequencies cross the first harmonic. It is also possible that a high-definition cavity can be characterized by analyzing any of the harmonic frequency peaks or by a combination of results from several different harmonic analyzes (eg, a linear combination) Focus on it.

ＦＴＰＳＩは、曲面（例えば、球面又は放物面）のプロファイルの決定及び特性付けをするためにも使用可能である。一般に、干渉計が、表面に局所的かつ近似的に平行である表面に対する測定を提供可能であれば、いかなる表面形状もプロファイル決定可能である。言い換えれば、測定波面の局所波ベクトルは、測定曲面に近似的に垂直であるべきである。   FTPSI can also be used to determine and characterize a curved surface (eg, spherical or parabolic) profile. In general, any surface shape can be profiled as long as the interferometer can provide measurements on a surface that is locally and approximately parallel to the surface. In other words, the local wave vector of the measurement wavefront should be approximately perpendicular to the measurement surface.

一般に、基準表面はいかなる形状又は曲率を有し得る。測定表面の形状に定格上追従する基準表面を使用することは有利になり得る。なぜなら、これが、測定を行うために必要とされるシステムのダイナミックレンジを低減し得るからである。   In general, the reference surface can have any shape or curvature. It may be advantageous to use a reference surface that nominally follows the shape of the measurement surface. This is because this can reduce the dynamic range of the system needed to make the measurement.

ＦＴＰＳＩは、基本キャビティを形成する表面の反射率についての情報も提供する。ＦＴＰＳＩ周波数スペクトルにおける第１次ピークの振幅は、対応する基本キャビティを形成する表面の反射率の目安を提供する。例えば、３表面キャビティ（すなわち、３つの基本キャビティを形成する３つの表面）を考える。ここで、これらの表面にＳ₁、Ｓ₂、及びＳ₃と記号を付す。各表面からの第１次反射の電場振幅は、それぞれａ₁、ａ₂、及びａ₃である。カメラにて検出される干渉信号は、これら３つの場振幅の重ね合わせの強度に比例する。第１次に対して、強度は、 FTPSI also provides information about the reflectivity of the surface forming the basic cavity. The amplitude of the primary peak in the FTPSI frequency spectrum provides a measure of the reflectivity of the surface forming the corresponding elementary cavity. For example, consider a three-surface cavity (ie, three surfaces that form three basic cavities). Here, the symbols S ₁ , S ₂ , and S ₃ are attached to these surfaces. The electric field amplitudes of the primary reflection from each surface are a ₁ , a ₂ , and a ₃ , respectively. The interference signal detected by the camera is proportional to the intensity of the superposition of these three field amplitudes. For the first order, the strength is

となり、ここで、ω_mm及びφ_mmは、表面Ｓ_m及びＳ_nにより形成される基本キャビティからの交流の周波数及び位相をそれぞれ指す。このような信号の周波数スペクトルは、ω₁₂、ω₁₃、及び、ω₁₃にピークを明確に示し、各ピークの強度（振幅）は各場振幅の積に比例する。周波数スペクトル中の主要なピークの相対振幅を比較することにより、ユーザは対応するキャビティ表面の相対反射率についての情報を取得することが可能である。例えば、式４２中のω₁₂、ω₁₃、及び、ω₁₃におけるピークの相対振幅は、反射率係数ａ₁、ａ₂、及び、ａ₃の相対値を一意に決定する。加えて、場振幅を入力光ビームの強度に正規化すること、又は、較正された基準表面への比較により、各表面の絶対反射率の測定がもたらされる。

Next, where, omega _mm and phi _mm refers to alternating current with a frequency and phase from the base cavity formed by the surface S _m and S _n respectively. The frequency spectrum of such signals, omega _12, omega _13, and, omega ₁₃ clearly shows a peak, each peak of the intensity (amplitude) is proportional to the product of the field amplitude. By comparing the relative amplitudes of the major peaks in the frequency spectrum, the user can obtain information about the relative reflectivity of the corresponding cavity surface. For example, the relative amplitudes of the peaks at ω ₁₂ , ω ₁₃ , and ω ₁₃ in Equation 42 uniquely determine the relative values of the reflectance coefficients a ₁ , a ₂ , and a ₃ . In addition, normalizing the field amplitude to the intensity of the input light beam or comparing to a calibrated reference surface results in a measurement of the absolute reflectivity of each surface.

ＦＴＰＳＩにおいて、（調整漸増分及び範囲が適切であると仮定して）キャビティ内の各光学的界面は、変換スペクトルに対する自発表示性ピークをもたらす。この特徴は、光学部品内の光学的欠陥を検出するために使用可能である。図１０を参照すると、透明な平行板９０１がＦＴＰＳＩを使用して特性付けられる。板９０１は基準表面９１０に対して適切に配置されている。平行板表面９０２、９０３は、基準表面９１０と共に、３つの基本キャビティを形成する。   In FTPSI, each optical interface in the cavity provides a spontaneous display peak for the transformed spectrum (assuming the tuning increment and range are appropriate). This feature can be used to detect optical defects in the optical component. Referring to FIG. 10, a transparent parallel plate 901 is characterized using FTPSI. The plate 901 is appropriately arranged with respect to the reference surface 910. The parallel plate surfaces 902, 903 together with the reference surface 910 form three basic cavities.

ＦＴＰＳＩ特性付けの間、光ビーム９２０はシステムに導入される。表面９０２、９０３、及び基準表面９１０は、ビーム９２２、９２３、及び、９２１をそれぞれ反射する。ＣＤＤカメラ９９９は、反射されたこれらのビームの重ね合わせを検出し、重ね合わせの強度に比例した干渉信号を発生する。強度信号は上記したように分析される。   During FTPSI characterization, light beam 920 is introduced into the system. Surfaces 902, 903, and reference surface 910 reflect beams 922, 923, and 921, respectively. The CDD camera 999 detects the superposition of these reflected beams and generates an interference signal proportional to the strength of the superposition. The intensity signal is analyzed as described above.

２つの欠陥９３０及び９４０が平行板９０１に含まれる。これらの欠陥は、取り囲む材料に対して異なる屈折率を持つ平行板９０１内の領域であり、入射光を検出器に向けて散乱し戻す。欠陥の例としては、平行板９０１の材料内の気泡又は不純物を含む。欠陥９３０及び９４０は、ビーム９２０の入射光をいくらか散乱する。欠陥が十分な大きさ及び形状であれば、それぞれ光線９３１及び９４１として示す後方散乱成分は、キャビティ内の他の表面により散乱されたものと同様の平面波を形成する。それらが発生するシステムの断面の特定の領域において、欠陥９３０及び９４０は、ＣＣＤカメラ９９９にて検出された重ね合わせに対して影響を与え、システムに対して付加の基本２表面キャビティを形成する表面のようにふるまう。   Two defects 930 and 940 are included in the parallel plate 901. These defects are regions in the parallel plate 901 that have different refractive indices relative to the surrounding material and scatter incident light back towards the detector. Examples of defects include bubbles or impurities in the material of the parallel plate 901. Defects 930 and 940 scatter some of the incident light of beam 920. If the defect is of sufficient size and shape, the backscatter components shown as rays 931 and 941, respectively, form a plane wave similar to that scattered by the other surfaces in the cavity. In certain areas of the system cross section where they occur, defects 930 and 940 affect the overlay detected by the CCD camera 999 and form an additional basic two-surface cavity for the system. Behave like

したがって、異常ピークが発生する画素座標は、板９０１における欠陥の横方向の位置を示す。欠陥及び他の表面により形成される「基本キャビティ」のＯＰＬに比例する周波数は、板における欠陥の深さ方向の位置に関する情報をもたらす。そのため、ＦＴＰＳＩを使用して欠陥が認識されるのみならず、三次元でのそれらの正確な位置も決定可能である。   Accordingly, the pixel coordinates where the abnormal peak occurs indicate the position of the defect in the horizontal direction on the plate 901. A frequency proportional to the OPL of the “basic cavity” formed by the defect and other surfaces provides information about the depth position of the defect in the plate. Thus, not only are defects recognized using FTPSI, but their exact location in three dimensions can also be determined.

より小さな欠陥もＦＴＰＳＩを使用して検出可能である。小さな欠陥により散乱された光は、ほぼ球形の波面を形成し、その一部は検出器の干渉信号に影響する。散乱された波面の発散性のために、欠陥から散乱された光は全ての検出器画素において干渉信号に影響する。その結果、周波数スペクトルへの対応する影響が生じる画素を単に認識により、欠陥の横方向の位置の認識を容易には行うことはできない。しかし、欠陥は、その後の干渉縞へのそれらの影響のＦＴＰＳＩ分析を介して、例えば、自発表示性環状パターンの中心を認識することにより局所化可能である。   Smaller defects can also be detected using FTPSI. Light scattered by small defects forms a substantially spherical wavefront, some of which affects the interference signal of the detector. Due to the divergence of the scattered wavefront, the light scattered from the defect affects the interference signal at all detector pixels. As a result, it is not possible to easily recognize the lateral position of the defect simply by recognizing a pixel that has a corresponding influence on the frequency spectrum. However, the defects can be localized, for example, by recognizing the center of the spontaneous display ring pattern via FTPSI analysis of their effects on the interference fringes.

図１１を参照すると、様々な光学素子（例えば、プリズム又はキューブ）の内部角の測定もＦＴＰＳＩを使用して実現可能である。例えば、図１１は直角プリズム１００１の９０°の角度及びピラミッド型についてのエラーを測定するための可能な幾何学的形状を示す。第１次に対して、光線１０１０は、キャビティを出る前に４つの表面（実際には２つの表面を２回）に遭遇する。これらの表面は１０１１、１０１２、１０１１’及び１０１２’と番号を付け、「’」はその表面からの２回目の反射を示す。表面１０１１（及び、１０１１’）は基準表面である。１０１１：１０１２キャビティは、１０１２表面のプロファイル及び配向の目安を提供する。表面１０１２の配向方向は、ピラミッド型についてのエラーについての非後方方向（例えば、後方反射器の傾き）に対する基準を提供する。後方方向における１０１１：１０１１’キャビティの傾きは、９０°からの直角の偏差を決定する。カメラへのビームの直接の戻りは、良好なダイナミックレンジを備えるカメラの使用を通常は必要とすることに注意されたい。１０１１の左の点線は、必要であれば、ビーム止めが直接の戻りを除去するために使用可能である場所を示す。この角度のＰＳＩ測定は、１０１１表面の除去を必要とし、１０１２：１０１２’キャビティを測定する。しかしながら、ここに示す幾何学的形状により、既知の基準に対して１０１２表面を同時に定性することを可能にする。一般に、ＦＴＰＳＩは、基準波面からの戻り波面の偏差を測定することにより光学部品の内部角を評価するために使用される。ＦＴＰＳＩにより、干渉分析システムが構成される公称角度からの内部角の偏差が決定される。後方反射器の場合については、戻り波面が測定されている光学機器により自然に提供される。非後方反射器については、付加の表面、例えば基準表面又はミラーが、検出器に戻り波面を供給するために、（所定の幾何学的形状を備える）キャビティに含まれるべきである。   Referring to FIG. 11, internal angle measurements of various optical elements (eg, prisms or cubes) can also be realized using FTPSI. For example, FIG. 11 shows a possible geometry for measuring errors for the 90 ° angle and pyramid shape of right angle prism 1001. For the first order, ray 1010 encounters four surfaces (actually two surfaces twice) before exiting the cavity. These surfaces are numbered 1011, 1012, 1011 ′ and 1012 ′, with “′” indicating a second reflection from that surface. Surface 1011 (and 1011 ') is a reference surface. The 1011: 1012 cavity provides a measure of the 1012 surface profile and orientation. The orientation direction of the surface 1012 provides a reference for the non-backward direction (eg, the tilt of the back reflector) for errors for the pyramid shape. The tilt of the 1011: 1011 'cavity in the backward direction determines the right angle deviation from 90 °. Note that direct return of the beam to the camera usually requires the use of a camera with good dynamic range. The dotted line on the left of 1011 indicates where the beam stop can be used to eliminate direct return, if necessary. This angle PSI measurement requires removal of the 1011 surface and measures the 1012: 1012 'cavity. However, the geometry shown here makes it possible to simultaneously qualify the 1012 surface against a known reference. In general, FTPSI is used to evaluate the internal angle of an optical component by measuring the deviation of the return wavefront from a reference wavefront. FTPSI determines the internal angle deviation from the nominal angle at which the interference analysis system is constructed. In the case of a back reflector, it is naturally provided by the optical instrument whose return wavefront is being measured. For non-back reflectors, an additional surface, such as a reference surface or mirror, should be included in the cavity (with a predetermined geometry) to provide a return wavefront to the detector.

上記したＦＴＰＳＩ測定は、単純な光学システムを参照する（例えば、単一のプリズムの内部角、又は、単一の光学平面の屈折率均一性）。しかし、ＦＴＰＳＩが単一の測定においていくつかの基本キャビティについての情報を提供可能であるので、多数の表面（例えば、少なくとも５つの表面、６つの表面、７つの表面、８つの表面、９つの表面、１０の表面）を備える複合光学組立体を特性付けするために、同じくＦＴＰＳＩを使用可能である。例えば、ＦＴＰＳＩは、複合光学組立体における部品の位置合わせ及び結合を評価するために使用可能である。複合組立体の製造中に、部品間の空間的関係は維持されるべきである。組立工程の様々な段階でこれらの関係を測定することにより、ＦＴＰＳＩは各部品を別個に定性可能であり、部分的に完成された組立体を測定可能であり、かつ、完成組立体を定性可能である。ＦＴＰＳＩは、組立体を維持及び／又は再較正するために完成組立体の展開及び使用の後にも使用可能である。ＦＴＰＳＩは、これらの組立体の光学部品の相対的位置及び表面プロファイル（例えば、平坦度）を同時に測定するために使用される。更に、ＦＴＰＳＩは、光学的に結合される部品間の界面を評価するために使用される。以下の説明は、ＦＴＰＳＩがどのようにしてこの目的のために使用可能であるかの例である。   The FTPSI measurement described above refers to a simple optical system (eg, the internal angle of a single prism or the refractive index uniformity of a single optical plane). However, since FTPSI can provide information about several basic cavities in a single measurement, multiple surfaces (eg, at least 5 surfaces, 6 surfaces, 7 surfaces, 8 surfaces, 9 surfaces) FTPSI can also be used to characterize composite optical assemblies with (10 surfaces). For example, FTPSI can be used to evaluate part alignment and bonding in a composite optical assembly. During the manufacture of the composite assembly, the spatial relationship between the parts should be maintained. By measuring these relationships at various stages of the assembly process, FTPSI can qualify each part separately, can measure partially completed assemblies, and can qualify completed assemblies It is. FTPSI can also be used after deployment and use of the finished assembly to maintain and / or recalibrate the assembly. FTPSI is used to simultaneously measure the relative position and surface profile (eg, flatness) of the optical components of these assemblies. In addition, FTPSI is used to evaluate the interface between optically joined parts. The following description is an example of how FTPSI can be used for this purpose.

図１２を参照すると、光学組立体の第１の部品、直角プリズム１２０１は基準表面１２１０に対して配置される。光ビーム１２２０は、基準表面１２１０を介してプリズム１２０１内に指向される。基準表面１２１０は、ビーム１２２０を検出器１２９９に反射し戻し、基準ビーム１２１１を供給する。プリズム表面１２０３は、ビーム１２２０をプリズム表面１２０４に向けて反射する。図面を不要に複雑にするのを回避するために、検出器１２９９内で光ビームをコリメートするため、及び、キャビティ内へ、かつ、それを指向するための光学部品が図１２から省略されていることに注意されたい。一般に、システムは、図１２に示すものに加えて、多くの他の部品を含み得ることを理解されたい。   Referring to FIG. 12, the first part of the optical assembly, the right angle prism 1201, is positioned relative to the reference surface 1210. Light beam 1220 is directed into prism 1201 through reference surface 1210. Reference surface 1210 reflects beam 1220 back to detector 1299 and provides reference beam 1211. The prism surface 1203 reflects the beam 1220 toward the prism surface 1204. In order to avoid unnecessarily complicating the drawing, the optical components for collimating the light beam in the detector 1299 and into and into the cavity have been omitted from FIG. Please note that. In general, it should be understood that the system may include many other components in addition to those shown in FIG.

プリズム表面１２０２及び１２０４は共に、ビーム１２２０の一部を検出器１２９９に向けて反射し戻す。これらの部分はそれぞれビーム１２３０及び１２４０として示す。検出器１２９９は、ビーム１２１１、１２３０及び１２４０の重ね合わせを検出し、各画素において重ね合わせに比例する干渉信号を発生する。検出器１２９９と接続されるコンピュータシステムは信号を受信し、分析する。   Both prism surfaces 1202 and 1204 reflect a portion of beam 1220 back toward detector 1299. These portions are shown as beams 1230 and 1240, respectively. Detector 1299 detects the superposition of beams 1211, 1230 and 1240 and generates an interference signal proportional to the superposition at each pixel. A computer system connected to detector 1299 receives and analyzes the signal.

プリズム表面１２０２、１２０４及び基準表面１２１０は、３つの基本キャビティ（表面１２０２と１２０４、１２０２と１２１０、及び、１２０４と１２１０により形成されるキャビティ）を形成する。各キャビティからの干渉信号への影響は、ＦＴＰＳＩを使用して分析される。   The prism surfaces 1202, 1204 and the reference surface 1210 form three basic cavities (the cavities formed by the surfaces 1202 and 1204, 1202 and 1210, and 1204 and 1210). The impact on the interference signal from each cavity is analyzed using FTPSI.

ＦＴＰＳＩ周波数変換は、周波数ｆ₁、ｆ₂及びｆ₃におけるピークを含むスペクトルを作り出す。これらのピークは、それぞれ表面１２１０と１２０２、（１２０３を介して）１２１０と１２０４、及び（１２０３を介して）１２０２と１２０４により形成される基本キャビティに対する第１次干渉周波数に対応する。周波数は、各基本キャビティに対するＯＰＬ及び光周波数調整速度に比例する。位相マップはｆ₁、ｆ₂、及びｆ₃の各々に式４を適用することにより各キャビティについて決定され、これからは、表面１２０２及び１２０４についての表面プロファイル、及びプリズムの異なる部分を伝播する光の光路長の変化が計算される。 The FTPSI frequency transform creates a spectrum that includes peaks at frequencies f ₁ , f ₂ and f ₃ . These peaks correspond to the first order interference frequencies for the fundamental cavities formed by surfaces 1210 and 1202, 1210 and 1204 (through 1203), and 1202 and 1204 (through 1203), respectively. The frequency is proportional to the OPL and optical frequency tuning speed for each basic cavity. A phase map is determined for each cavity by applying Equation 4 to each of f ₁ , f ₂ , and f ₃ , from which the surface profile for surfaces 1202 and 1204 and the light propagating through different parts of the prism. The change in optical path length is calculated.

第２の基準表面１２５０、例えば、基準ミラーは、プリズム１２０１を介して検出器に付加の測定ビームを戻すためにキャビティに任意で含まれる。これにより、ユーザが、例えば上記した方法を使用して、公称値からプリズム角１２６０のいかなる偏差も測定することが可能となる。   A second reference surface 1250, eg, a reference mirror, is optionally included in the cavity to return an additional measurement beam to the detector via prism 1201. This allows the user to measure any deviation of the prism angle 1260 from the nominal value using, for example, the method described above.

ここで図１３を参照すると、２部品光学組立体を構成するために、第２の部品、例えば透明な平行板がプリズム１２０１に追加される。透明平行板１３０１の第１の表面１３０２は、プリズム１２０１の表面１２０３に結合される。板表面１３０２と１３０３についての表面プロファイル、板ウエッジ（すなわち、平行板にわたる厚さの変化）、及び板の屈折率均一性を得るために、結合の前に、透明平行板１３０１はＦＴＰＳＩを使用して特性付けられる。   Referring now to FIG. 13, a second component, eg, a transparent parallel plate, is added to the prism 1201 to form a two-part optical assembly. The first surface 1302 of the transparent parallel plate 1301 is coupled to the surface 1203 of the prism 1201. In order to obtain the surface profile for the plate surfaces 1302 and 1303, the plate wedge (ie, thickness variation across the parallel plates), and the refractive index uniformity of the plates, the transparent parallel plate 1301 uses FTPSI before bonding. And characterized.

光学的界面が界面１３１０において意図される（例えば、プリズム１２０１と平行板１３０１の間に反射性コーティング又は屈折率の不整合がある）場合において、付加表面、平行板表面１３０３がシステムに追加され、基本２表面キャビティの数は３から５に増加する。   If an optical interface is intended at interface 1310 (eg, there is a reflective coating or refractive index mismatch between prism 1201 and parallel plate 1301), an additional surface, parallel plate surface 1303, is added to the system; The number of basic 2 surface cavities increases from 3 to 5.

このシステムのＦＴＰＳＩ分析は、第１次変換周波数を周波数ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃、ｆ₂’、及びｆ₃’に与える。基準表面１２１０に関するプリズムの位置が以前の測定から不変であるとすれば、これらの周波数は、本来の３つの基本キャビティに加えて、（ピークｆ₂’に対応する）表面１２１０と１２０４（１３０２を介して）、及び（ピークｆ₃’に対応する）１２０２と１２０４（１３０２を介して）により形成される２つの付加の基本キャビティに対応する。位相は、式４を使用して各周波数ピークから抽出される。ｆ₂及びｆ₂’は、ともに表面１２１０と１２０４により形成されるキャビティに対応し、ｆ₃’及びｆ₃’は、表面１２０２と１２０４により形成されるキャビティに対応することに注意されたい。そのため、これらの２つのキャビティ間の位相マップのいかなる差も、平行板１３０１及び／又はプリズムと板の間の位置合わせに帰し得る。板１３０１が別個のＦＴＰＳＩ測定において既に特性付けられているため、板１３０１によるこれらの位相マップにおける差は説明可能であり、部品間のいかなる位置ずれからの影響も決定可能である。 The FTPSI analysis of this system gives the primary conversion frequency to frequencies f ₁ , f ₂ , f ₃ , f ₂ ′, and f ₃ ′. Given that the position of the prism relative to the reference surface 1210 is unchanged from previous measurements, these frequencies in addition to the original three basic cavities, surfaces 1210 and 1204 (corresponding to peak f ₂ ′) (1302) And two additional elementary cavities formed by 1202 and 1204 (via 1302) (corresponding to peak f ₃ '). The phase is extracted from each frequency peak using Equation 4. Note that f ₂ and f ₂ ′ both correspond to the cavity formed by surfaces 1210 and 1204, and f ₃ ′ and f ₃ ′ correspond to the cavity formed by surfaces 1202 and 1204. Thus, any difference in the phase map between these two cavities can be attributed to the alignment between the parallel plate 1301 and / or the prism and the plate. Since the plate 1301 has already been characterized in a separate FTPSI measurement, the difference in these phase maps due to the plate 1301 can be accounted for and the effect from any misalignment between the parts can be determined.

代わりに、プリズム１２０１及び平行板１３０１が光学的に類似した材料（例えば、それらが同じ屈折率を有する）から構成され、部品が光学的に完全に結合される場合、プリズム表面１３０１からは反射がなく、システムに付加の基本２表面キャビティは追加されないが、その周波数は、平行板の存在により、増加したＯＰＬに対応して変化する。   Instead, if the prism 1201 and the parallel plate 1301 are composed of optically similar materials (eg, they have the same refractive index) and the parts are optically fully coupled, there will be no reflection from the prism surface 1301. No additional basic two-surface cavity is added to the system, but its frequency changes corresponding to the increased OPL due to the presence of parallel plates.

この場合、プリズム１２０１と平行板１３０１の間の結合が理想的であると、ＦＴＰＳＩ分析は、表面対１２１０と１２０２、１２１０と１２０４（１３０２を介して）、及び１２０２と１２０４（１３０２を介して）により形成される基本キャビティにそれぞれ対応するｆ₁、ｆ₂’、及びｆ₃’における周波数のみを与える。式４を使用して、各基本キャビティについての位相マップがｆ₁、ｆ₂’、及びｆ₃’に対して決定される。互いについての表面１２０２及び１２０４の配向が（単一のプリズム測定から）分かっているため、この配向のいかなるずれも表面１２０３に対する表面１３０２の非平行の位置合わせに帰することとなる。ｆ₂、及びｆ₃における異常ピークは、界面１３１０における非理想的な結合を示す。異常ピークの強度及び位置を分析することにより、ユーザはこの部分が試験の実施を必要とするかどうかを決定することが可能である。これらのピークは界面の小さな領域においてのみ明らかとなり得、これは、（例えば、上記した欠陥分析と同様に）異常ピークが発生する検出器画素座標から決定することが可能であることに注意されたい。同様に、ピーク周波数は、それらが発生する基本キャビティのＯＰＬに比例するため、不完全な結合の深さ座標は認識することが可能である。組立体中に光学的界面が一つのみあるため、この情報は本例においては冗長となり得る一方、光学組立体の複雑さが増大するにつれ、この情報は、欠陥のあるいずれの界面の正確な位置も三次元で直接かつ的確に示すため、非常に有用となり得る。 In this case, if the coupling between the prism 1201 and the parallel plate 1301 is ideal, the FTPSI analysis will show surface pairs 1210 and 1202, 1210 and 1204 (through 1302), and 1202 and 1204 (through 1302). Gives only the frequencies at f ₁ , f ₂ ′ and f ₃ ′ respectively corresponding to the basic cavities formed by. Using Equation 4, the phase map for each basic cavity is determined for f ₁ , f ₂ ′, and f ₃ ′. Since the orientation of surfaces 1202 and 1204 with respect to each other is known (from a single prism measurement), any deviation in this orientation will be attributed to the non-parallel alignment of surface 1302 with respect to surface 1203. Anomalous peaks at f ₂ and f ₃ indicate non-ideal coupling at interface 1310. By analyzing the intensity and location of the anomalous peak, the user can determine whether this part needs to be tested. Note that these peaks can only be apparent in a small area of the interface, which can be determined from the detector pixel coordinates where the anomalous peaks occur (eg, as in the defect analysis described above). . Similarly, since the peak frequencies are proportional to the OPL of the basic cavity in which they occur, incomplete coupling depth coordinates can be recognized. While this information can be redundant in this example because there is only one optical interface in the assembly, as the complexity of the optical assembly increases, this information can be accurate for any defective interface. The location can also be very useful because it shows directly and accurately in three dimensions.

図１４を参照すると、この方法は、プリズム１２０１及び平行板１３０１を含めて、拡張された複合光学組立体１４０１に適用される。拡張された複合光学組立体１４０１は、部品ごとに組み立てられる。新しい各部品が接続された後、ＦＴＰＳＩ分析が組立体に対して行われる。上記のように、新しい各光学的界面は反射ビームを重ね合わせに影響し、システム内の基本２表面キャビティの数を増やす。各キャビティについての周波数及び位相は複合組立体中の各界面の完全性についての情報を与える。   Referring to FIG. 14, this method is applied to an expanded composite optical assembly 1401 including a prism 1201 and a parallel plate 1301. The expanded composite optical assembly 1401 is assembled for each part. After each new part is connected, FTPSI analysis is performed on the assembly. As described above, each new optical interface affects the superposition of the reflected beam, increasing the number of basic two-surface cavities in the system. The frequency and phase for each cavity provides information about the integrity of each interface in the composite assembly.

一つの部品がその前の部品に（理想的に）光学的に結合される場合において、その表面により形成される基本キャビティからの周波数は、周波数スペクトルから消える。観測されるいずれの周波数ピークも不完全な結合を示し、それは、他の部品が組立体に追加される前に再設定可能である。   When one part is (ideally) optically coupled to its previous part, the frequency from the basic cavity formed by its surface disappears from the frequency spectrum. Any observed frequency peaks indicate incomplete coupling, which can be reset before other parts are added to the assembly.

一般に、この方法はいかなる複合光学組立体にも適用可能である。光学部品が光学組立体に含まれる前及び後の双方でＦＴＰＳＩを使用して光学部品を特性付けることにより、組立体が製造されつつある際の部品表面の光学的表面完全性（例えば、位置、平坦度、反射率）の間で行われる比較が可能となる。周波数スペクトルにおけるピークを記録するための全てのキャビティについて、光周波数調整範囲は、組立体における最短基本キャビティを分解するために十分大きくすべきであり、調整における光周波数漸増分は２π位相シフトを超えずに最大キャビティを収容するために十分小さくすべきである。理想的には、各基本キャビティについての第１次周波数ピークからの位相を高い精度で得るために、各基本キャビティが異なるＯＰＬを有するべきである。加えて、全ての既に述べた測定（例えば、表面反射率、精密キャビティ、屈折率均一性、欠陥分析）は、複合光学組立体に適用可能である。   In general, this method is applicable to any composite optical assembly. By characterizing the optical component using FTPSI both before and after the optical component is included in the optical assembly, the optical surface integrity (eg, position, Comparisons made between (flatness, reflectivity) are possible. For all cavities for recording peaks in the frequency spectrum, the optical frequency tuning range should be large enough to resolve the shortest basic cavity in the assembly, and the optical frequency gradual increase in tuning exceeds 2π phase shift. Should be small enough to accommodate the largest cavity. Ideally, each basic cavity should have a different OPL in order to obtain the phase from the primary frequency peak for each basic cavity with high accuracy. In addition, all previously described measurements (eg, surface reflectivity, precision cavities, refractive index uniformity, defect analysis) are applicable to composite optical assemblies.

上記した実施形態のいずれにおいても、測定物体についての所望の情報を抽出するために、システムの他の部品を制御かつ位相シフト画像を分析するため、コンピュータはハードウェア、ソフトウェア、又は、双方の組合せを含み得る。上記した分析は標準的なプログラミング技術を使用してコンピュータプログラム内で実施可能である。そのようなプログラムは、各々がプロセッサ、（メモリ及び／又は記憶素子を含む）データ記憶システム、少なくとも一つの入力デバイス、ディスプレイ又はプリンタなどの少なくとも一つの出力デバイスを含むプログラマブルコンピュータ上で実行するように設計される。プログラムコードは、本明細書に説明される機能を実行し、一つ又は複数の出力デバイスに適用される情報（例えば、選択された表面のトポグラフィ）を生成するために入力データ（例えば、ＣＣＤカメラからの位相シフト画像）に適用される。各コンピュータプログラムは高レベルの手続き型もしくはオブジェクト指向のプログラミング言語、又は、アセンブリもしくは機械言語で実施可能である。そのようなコンピュータプログラムの各々は、コンピュータにより読み出された際に、コンピュータ内のプロセッサに本明細書に説明した分析を行わせ得るコンピュータ読出し可能な記憶媒体（例えば、ＣＤ ＲＯＭ又は磁気ディスク）上に記憶可能である。   In any of the embodiments described above, the computer may be hardware, software, or a combination of both to control other components of the system and analyze the phase shift image to extract the desired information about the measurement object. Can be included. The above analysis can be performed in a computer program using standard programming techniques. Such programs may be executed on a programmable computer, each including a processor, a data storage system (including memory and / or storage elements), at least one input device, a display or a printer. Designed. The program code performs the functions described herein and generates input data (eg, a CCD camera) to generate information (eg, topography of selected surfaces) that is applied to one or more output devices. Applied to the phase-shifted image from Each computer program can be implemented in a high level procedural or object oriented programming language, or assembly or machine language. Each such computer program is stored on a computer readable storage medium (eg, a CD ROM or magnetic disk) that, when read by the computer, causes a processor in the computer to perform the analysis described herein. Can be memorized.

本発明の実施形態を説明したが、様々な改良が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行い得ることが理解されよう。   While embodiments of the invention have been described, it will be appreciated that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

複数の表面対を持つキャビティを有する干渉計装置の概略図。1 is a schematic diagram of an interferometer device having a cavity with a plurality of surface pairs. FIG. 不連続な表面を含む干渉計キャビティの概略図。1 is a schematic diagram of an interferometer cavity including a discontinuous surface. FIG. 図１の干渉計装置を用いた使用のための波長モニタの概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of a wavelength monitor for use with the interferometer apparatus of FIG. ４表面キャビティにより生成される第１次及び第２次周波数を示す表。A table showing primary and secondary frequencies generated by a four-surface cavity. ４表面キャビティにより生成される第１次及び第２次周波数の相対振幅を示すグラフ。The graph which shows the relative amplitude of the 1st order and 2nd order frequency produced | generated by 4 surface cavity. ソースディスクのエッジ上の光源点からの発光を使用して軸上試験点により生成される干渉縞間の光路長（ＯＰＬ）の差を見積もるための模式図。FIG. 5 is a schematic diagram for estimating an optical path length (OPL) difference between interference fringes generated by an on-axis test point using light emitted from a light source point on an edge of a source disk. 発光角を調整することによる位相シフトのための発光システムの実施形態の模式的斜視図。1 is a schematic perspective view of an embodiment of a light emitting system for phase shifting by adjusting a light emission angle. FIG. 精密キャビティからの干渉スペクトルのプロット図。Plot of interference spectrum from precision cavity. 精密干渉縞の例を示す図。The figure which shows the example of a precise interference fringe. 欠陥のある光学部品を含むキャビティの実施形態を示す図。FIG. 3 shows an embodiment of a cavity that includes a defective optical component. 直角プリズムを含むキャビティの実施形態を示す図。FIG. 3 illustrates an embodiment of a cavity that includes a right angle prism. プリズムを含むキャビティの他の実施形態を示す図。The figure which shows other embodiment of the cavity containing a prism. ２つの結合された光学部品を含むキャビティの実施形態を示す図。FIG. 3 illustrates an embodiment of a cavity that includes two coupled optical components. 複合光学部品を含むキャビティの実施形態を示す図。FIG. 5 shows an embodiment of a cavity that includes a composite optical component.

Claims (45)

干渉分析方法であって、
異なる一部分の光学波面を合成することにより光学干渉画像を形成することであって、各一部分の光学波面は、複数の表面のうちの対応する一つから反射されたものである、前記光学干渉画像を形成すること、
異なる光路分離を有する複数の表面の対が干渉信号に異なる影響を生じさせる光学波面の特性の変化に応じて、前記光学干渉画像の異なる位置における干渉信号を記録すること、
少なくとも一つの位置の干渉信号を変換して、複数の表面の各対に対応するスペクトル座標においてピークを有するスペクトルを生成すること、
前記複数の表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標を認識することを備え、
前記スペクトルは、前記干渉信号を光路長（ＯＰＬ）領域に変換することにより生成される、干渉分析方法。An interference analysis method,
The method comprising forming an optical interference image by combining the optical wave surfaces of different portions, the optical wave front of each portion are those that are reflected from a corresponding one of a plurality of surfaces, wherein the optical interference Forming an image ,
Recording interference signals at different positions in the optical interference image in response to changes in the properties of the optical wavefront causing a plurality of pairs of surfaces having different optical path separations to have different effects on the interference signal;
Transforming an interference signal at at least one location to generate a spectrum having peaks at spectral coordinates corresponding to each pair of surfaces;
Recognizing spectral coordinates of peaks corresponding to selected pairs of the plurality of surfaces;
The interference analysis method, wherein the spectrum is generated by converting the interference signal into an optical path length (OPL) region. 各位置について、前記表面の選択された対に対応するピークの前記スペクトル座標における前記干渉信号のスペクトル位相を抽出することを更に備える、請求項１に記載の方法。The method of claim 1, further comprising, for each position, extracting a spectral phase of the interference signal at the spectral coordinates of a peak corresponding to the selected pair of surfaces. 前記干渉信号は、前記光学波面の前記光周波数を変化させることに応じて前記光学干渉画像の異なる位置に記録される、請求項１に記載の方法。The method of claim 1, wherein the interference signal is recorded at a different location in the optical interference image in response to changing the optical frequency of the optical wavefront. 前記干渉信号は、前記光学波面の伝播方向を変化させることに応じて前記光学干渉画像の異なる位置に記録される、請求項１に記載の方法。The method of claim 1, wherein the interference signal is recorded at a different position of the optical interference image in response to changing a propagation direction of the optical wavefront. 前記光学波面の伝播方向を変化させることは、前記光学波面を生成するために使用される照射源点の位置を変化させることを備える、請求項４に記載の方法。The method of claim 4, wherein changing a propagation direction of the optical wavefront comprises changing a position of an illumination source point used to generate the optical wavefront. 前記光学波面の伝播方向を変化させることは、前記光学波面を生成するために使用される環状光源の直径を変化させることを備える、請求項４に記載の方法。The method of claim 4, wherein changing a propagation direction of the optical wavefront comprises changing a diameter of an annular light source used to generate the optical wavefront. 付加の一部分の前記光学波面に応じて生成される基準キャビティからの基準位相をモニタすることを更に備える、請求項１に記載の方法。Further comprising The method of claim 1 to monitor the reference phase from a reference cavity produced in response to the optical wave surface of a portion of the additional. 前記スペクトルは、前記干渉信号を前記モニタされた基準位相に基づき光路長領域（ＯＰＬ）に変換することにより生成される、請求項９に記載の方法。The method of claim 9, wherein the spectrum is generated by converting the interference signal to an optical path length region (OPL) based on the monitored reference phase. 前記スペクトルＳはＳ（Ｄ）＝｜ＯＰＬＴ（Ｄ）｜²に対応し、ここで、Ｄは光路差に対する変数、ＯＰＬＴ（Ｄ）は、

として表わされるＯＰＬ変換であり、ここで、前記光学波面特性の変化に対してＮ個の漸増分があり、ｊは前記Ｎ個の漸増分に対する指数、Ｉ_jは漸増分ｊにおける干渉信号、Ｗ_jは前記漸増分ｊにおける重み付け関数に対する値であり、Ｄ_Mは前記基準キャビティの光路長に対応し、φ_Mjは漸増分ｊにおける前記モニタされた基準位相であり、Δφ_Mjは漸増分ｊに対応する前記モニタされた基準位相における漸増分である、請求項８に記載の方法。The spectrum S corresponds to S (D) = | OPLT (D) | ² where D is a variable for the optical path difference and OPLT (D) is

Where there are N gradual increments for the change in the optical wavefront characteristic, j is an index for the N gradual increments, I _j is the interference signal at the gradual increment j, W _j is the value for the weighting function at the incremental j, D _M corresponds to the optical path length of the reference cavity, φ _Mj is the monitored reference phase at the incremental j, and Δφ _Mj is the incremental j 9. The method of claim 8, wherein the increment is a corresponding incremental increment in the monitored reference phase. 前記対応するピークのＯＰＤ座標からの前記表面の選択された対の間での光路差を決定することを更に備える、請求項８に記載の方法。9. The method of claim 8, further comprising determining an optical path difference between the selected pair of surfaces from the corresponding peak OPD coordinates. 各位置について、前記表面の選択された対に対応する前記ピークのスペクトル座標における干渉信号のスペクトル位相を抽出することを更に備え、抽出された位相φτは、φτ（Ｄτ）＝ａｒｇ［ＯＰＬＴ（Ｄτ）］から計算され、ここで、Ｄτはピークのスペクトル座標である、請求項９に記載の方法。For each location, the method further comprises extracting the spectral phase of the interference signal in the spectral coordinates of the peak corresponding to the selected pair of surfaces, wherein the extracted phase φτ is φτ (Dτ) = arg [OPLT (Dτ )], Where Dτ is the spectral coordinates of the peak. 各位置について前記干渉信号の前記スペクトル位相を抽出することは、残りの位置の各々について前記干渉信号を変換して、前記表面の選択された対に対応するピークを有する対応するスペクトルを生成することを備える、請求項２に記載の方法。Extracting the spectral phase of the interference signal for each position transforms the interference signal for each of the remaining positions to produce a corresponding spectrum having peaks corresponding to the selected pair of surfaces. The method of claim 2 comprising: 各位置について前記干渉信号の前記スペクトル位相を抽出することは、前記表面の選択された対に対応する前記ピークのスペクトル座標に関して残りの位置の各々について前記干渉信号を変換することを備える、請求項２に記載の方法。Extracting the spectral phase of the interference signal for each position comprises transforming the interference signal for each of the remaining positions with respect to spectral coordinates of the peak corresponding to the selected pair of surfaces. 2. The method according to 2. 前記光学干渉画像の複数の位置についての前記抽出された位相の変化に基づき、前記表面の選択された対の間の光路差の変化を決定することを更に備える、請求項２に記載の方法。The method of claim 2, further comprising determining a change in optical path difference between the selected pair of surfaces based on the extracted phase change for a plurality of positions of the optical interference image. 前記決定された変化に基づき前記表面の選択された対の一つの表面プロファイルを計算することを更に備える、請求項１４に記載の方法。The method of claim 14, further comprising calculating a surface profile of a selected pair of the surfaces based on the determined change. 前記決定された変化に基づき前記表面の選択された対の間の光学的厚さプロファイルを計算することを更に備える、請求項１４に記載の方法。15. The method of claim 14, further comprising calculating an optical thickness profile between the selected pair of surfaces based on the determined change. 前記決定された変化に基づき前記表面の選択された対の間の物理的厚さプロファイルを計算することを更に備える、請求項１４に記載の方法。The method of claim 14, further comprising calculating a physical thickness profile between the selected pair of surfaces based on the determined change. 前記決定された変化に基づき前記表面の選択された対の間の均一性プロファイルを計算することを更に備える、請求項１４に記載の方法。15. The method of claim 14, further comprising calculating a uniformity profile between selected pairs of the surfaces based on the determined change. 前記複数の表面は、少なくとも一つの基準表面及び試験物体の少なくとも一つの表面を備える、請求項１に記載の方法。The method of claim 1, wherein the plurality of surfaces comprises at least one reference surface and at least one surface of a test object. 前記干渉信号を記録することは、前記波面の特性を前記変化させる間、及び、前記強度変化に対する干渉信号を補償する間の前記光学的波面の強度変化をモニタすることを備える、請求項１に記載の方法。The recording of the interference signal comprises monitoring the intensity change of the optical wavefront during the change of the characteristic of the wavefront and during compensation of the interference signal for the intensity change. The method described. 前記スペクトル中の前記ピークの少なくともいくつかの振幅に基づき、前記表面の選択された対の少なくとも一つに対する表面反射率についての情報を計算することを更に備える、請求項１に記載の方法。The method of claim 1, further comprising calculating information about surface reflectance for at least one selected pair of surfaces based on at least some amplitudes of the peaks in the spectrum. 前記表面の選択された対は約７０％を超える反射率を有する高精細キャビティの表面である、請求項１に記載の方法。The method of claim 1, wherein the selected pair of surfaces is a surface of a high definition cavity having a reflectivity greater than about 70%. 前記複数の位置の各々におけるスペクトルに基づき、前記表面の選択された対の間に欠陥が存在するかどうかを決定することを更に備える、請求項１３に記載の方法。The method of claim 13, further comprising determining whether a defect exists between the selected pair of surfaces based on a spectrum at each of the plurality of locations. 前記欠陥の前記存在は、前記複数の位置の少なくとも一つのスペクトルにおける付加のピークに対応する、請求項２３に記載の方法。24. The method of claim 23, wherein the presence of the defect corresponds to an additional peak in at least one spectrum of the plurality of locations. 前記表面の選択された対は光学部品の前面及び背面であり、前記欠陥は前記光学部品内の気泡を備える、請求項２３に記載の方法。24. The method of claim 23, wherein the selected pair of surfaces is the front and back of an optical component, and the defect comprises a bubble in the optical component. 前記表面の選択された対は光学部品の前面及び背面であり、前記欠陥は前記光学部品内の不純物を備える、請求項２３に記載の方法。24. The method of claim 23, wherein the selected pair of surfaces is the front and back of an optical component, and the defect comprises impurities in the optical component. 前記複数の表面の第２の選択された対に対応するピークのスペクトル座標を認識することを更に備える、請求項１に記載の方法。The method of claim 1, further comprising recognizing spectral coordinates of a peak corresponding to a second selected pair of the plurality of surfaces. 各位置について、前記第１の表面の選択された対に対応するピークの座標及び前記第２の表面の選択された対に対応するピークの座標における干渉信号のスペクトル位相を抽出することを更に備える、請求項２７に記載の方法。For each location, further comprising extracting a peak coordinate corresponding to the selected pair of the first surface and a spectral phase of the interference signal at the peak coordinate corresponding to the selected pair of the second surface. 28. The method of claim 27. 前記選択された表面は第１の基準表面、光学部品の第１の表面、及び第２の基準表面を含み、前記波面位置の一つは、前記光学部品の少なくとも一つの内部表面からの反射を介して前記第２の基準表面に指向される、請求項２８に記載の方法。The selected surface includes a first reference surface, a first surface of an optical component, and a second reference surface, wherein one of the wavefront positions is reflected from at least one internal surface of the optical component. 29. The method of claim 28, wherein the method is directed to the second reference surface through the second reference surface. 前記抽出された位相に基づき、前記光学部品の前記第１の表面に対して前記光学部品の前記内部表面の角度配向を決定することを更に備える、請求項２９に記載の方法。30. The method of claim 29, further comprising determining an angular orientation of the inner surface of the optical component with respect to the first surface of the optical component based on the extracted phase. 前記少なくとも一つの内部表面は内部角を形成する２つの内部表面を含み、方法は前記抽出された位相に基づき前記内部角を決定することを更に備える、請求項２９に記載の方法。30. The method of claim 29, wherein the at least one interior surface includes two interior surfaces that form an interior angle, and the method further comprises determining the interior angle based on the extracted phase. 前記光学部品はプリズムである、請求項２９に記載の方法。30. The method of claim 29, wherein the optical component is a prism. 前記光学部品は公称直角を規定する２つの内部表面を有する直角プリズムであり、前記少なくとも一つの内部表面は前記公称直角を規定する前記２つの内部表面を含み、前記光学部品の前記第１の表面は前記直角プリズムの前面である、請求項３２に記載の方法。The optical component is a right angle prism having two internal surfaces defining a nominal right angle, the at least one internal surface including the two internal surfaces defining the nominal right angle, and the first surface of the optical component 33. The method of claim 32, wherein is the front face of the right angle prism. 前記光学部品は公称直角を規定する２つの表面を有する直角プリズムであり、前記少なくとも一つの内部表面は前記公称直角を規定する前記２つの表面を接続する斜辺表面であり、前記光学部品の前記第１の表面は前記公称直角を規定する前記２つの表面の一つである、請求項３２に記載の方法。The optical component is a right angle prism having two surfaces defining a nominal right angle, and the at least one internal surface is a hypotenuse surface connecting the two surfaces defining the nominal right angle; The method of claim 32, wherein one surface is one of the two surfaces defining the nominal right angle. 前記選択された表面は光学部品の複数の表面を備える、請求項２８に記載の方法。30. The method of claim 28, wherein the selected surface comprises a plurality of surfaces of optical components. 前記光学部品はプリズムである、請求項３５に記載の方法。36. The method of claim 35, wherein the optical component is a prism. 前記選択された表面は光学組立体の複数の表面を含み、前記複数の表面の一つは前記光学組立体の２つの部品間の界面である、請求項２７に記載の方法。28. The method of claim 27, wherein the selected surface comprises a plurality of surfaces of an optical assembly, one of the plurality of surfaces being an interface between two parts of the optical assembly. 前記選択された表面は光学部品の表面を含み、前記選択された表面の一つから反射された一部分の前記光学波面は、前記光学部品の内部表面からの反射を介して前記表面に指向される、請求項１に記載の方法。The selected surface includes a surface of an optical component, the optical wave surface of a portion that is reflected from one of said selected surface is directed to the surface through the reflection from the inner surface of the optical component The method according to claim 1. 前記選択された表面は光学組立体の表面を含み、前記選択された表面の一つから反射された一部分の前記光学波面は、前記光学組立体の２つの部品間の界面からの反射を介して前記表面に指向される、請求項１に記載の方法。The selected surface includes a surface of the optical assembly, the optical wave surface of a portion that is reflected from one of said selected surface is through the reflection from the interface between the two parts of the optical assembly The method of claim 1, wherein the method is directed to the surface. 光学部品中の欠陥の存在を決定するための方法であって、
光学部品の少なくとも一つの表面を含む複数の表面からそれぞれ反射される異なる一部分の光学波面を合成することにより光学干渉画像を形成すること、
異なる光路分離を有する前記複数の表面の対が前記干渉信号に異なる影響を生じさせる前記光学波面の特性の変化に応じて、前記光学干渉画像の異なる位置における干渉信号を記録すること、
少なくとも一つの位置についての干渉信号を変換し、前記複数の表面の各対に対応してスペクトル座標においてピークを有するスペクトルを生成することであって、前記スペクトルは、前記干渉信号を光路長（ＯＰＬ）領域に変換することにより生成される、前記生成すること、
前記スペクトルに基づき前記光学部品に欠陥が存在するかどうかを決定することを備え、前記欠陥が、少なくとも一つの位置について、前記スペクトルにおける異常なピークに対応する、方法。A method for determining the presence of a defect in an optical component, comprising:
Forming an optical interference image by combining the optical wave surfaces of different portions which are reflected from a plurality of surfaces including at least one surface of an optical component,
Recording interference signals at different positions in the optical interference image in response to changes in the properties of the optical wavefront causing the plurality of surface pairs having different optical path separations to have different effects on the interference signal;
Transforming an interference signal for at least one position to generate a spectrum having a peak in spectral coordinates corresponding to each pair of the plurality of surfaces, wherein the spectrum converts the interference signal into an optical path length (OPL). ) Generated by converting to a region, said generating
Determining whether a defect is present in the optical component based on the spectrum, the defect corresponding to an abnormal peak in the spectrum for at least one location. 前記欠陥は前記光学部品内の気泡を含む、請求項４０に記載の方法。41. The method of claim 40, wherein the defect comprises a bubble in the optical component. 前記欠陥は前記光学部品内の不純物を含む、請求項４０に記載の方法。41. The method of claim 40, wherein the defect comprises an impurity in the optical component. 前記欠陥は前記光学部品の２つの下位部品間の不完全な結合の領域を含む、請求項４０に記載の方法。41. The method of claim 40, wherein the defect comprises a region of incomplete coupling between two subcomponents of the optical component. 光学組立体の組み立て方法であって、
光学組立体を構成するために第１の光学部品を第２の光学部品に装着すること、
請求項１に記載の方法を使用して前記光学組立体を干渉分析的に特性付けること、
前記干渉分析的特性付けに基づき前記第２の光学部品に対して前記第１の光学部品を再設定することを備える、方法。An assembly method for an optical assembly comprising:
Mounting a first optical component on a second optical component to form an optical assembly;
Characterizing the optical assembly using the method of claim 1 interferometrically;
Resetting the first optical component with respect to the second optical component based on the interferometric characterization. システムであって、
前記光源であって、該光源から導出される光学波面の特性を変化させるように構成された変調部品を含む前記光源と、
動作中、異なる一部分の光学波面を複数の表面からそれぞれ反射するように向け、続いて前記異なる一部分の光学波面を再合成して光学干渉画像を形成する干渉計と、
前記変調部品による前記光学波面の特性の変化に応じて、前記光学干渉画像の異なる位置における干渉信号を記録するために配置された複数の基本光検出器であって、前記波面特性の変化は、異なる光路分離を有する前記複数の表面の対が前記干渉信号に異なる影響を生じさせる、前記複数の基本光検出器と、
前記光源及び前記光検出器に接続され、動作中に、少なくとも一つの位置について前記干渉信号を変換し、前記複数の表面の各対に対応するスペクトル座標においてピークを有するスペクトルを生成し、かつ、前記複数の表面の選択された対に対応するピークのスペクトル座標を認識する制御装置であって、前記干渉信号を光路長（ＯＰＬ）領域に変換して前記スペクトルを生成する前記制御装置とを備えるシステム。A system,
The light source comprising a modulation component configured to change a characteristic of an optical wavefront derived from the light source;
During operation, the different optical wave surface of a portion oriented to reflect each of a plurality of surfaces, followed by the interferometer to form a resynthesized to optical interference image optical wavefront of the different first part,
A plurality of basic photodetectors arranged to record interference signals at different positions of the optical interference image in response to a change in the characteristic of the optical wavefront by the modulation component, wherein the change in the wavefront characteristic is: The plurality of elementary photodetectors, wherein the plurality of surface pairs having different optical path separations cause different effects on the interference signal;
Connected to the light source and the photodetector, and in operation, transforms the interference signal for at least one position to generate a spectrum having a peak in spectral coordinates corresponding to each pair of the plurality of surfaces; and A controller for recognizing spectral coordinates of peaks corresponding to selected pairs of the plurality of surfaces, wherein the controller generates the spectrum by converting the interference signal into an optical path length (OPL) region. system.

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